埃因霍溫理工大學使用 Xolography光固化3D 打印活細胞

2025年3月2日，南極熊獲悉，來自埃因霍溫理工大學的研究團隊利用一種名為 Xolography 的新型光學 3D 打印技術，成功打印出活細胞結構，這項技術可能為打印復雜生物組織（如腎臟和肌肉）奠定基礎。據(jù)悉，研究人員已成功打印出小至 20 微米的結構——與人類細胞相當。

他們的研究成果以題為“Xolography for BiomedicalApplications: Dual-Color Light-Sheet Printing of Hydrogels With Local ControlOver Shape and Stiffness”發(fā)表在《先進材料》雜志上。

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202410292

雖然Xolography技術仍處于實驗階段，但研究人員相信它代表著向未來組織工程邁出的重要一步。

埃因霍溫理工大學團隊開發(fā)了一種緊湊的手提箱大小的原型，用于基于 Xolography 的生物打印——這一過程涉及將液態(tài)聚合物暴露在相交光束中。生物材料工程和生物制造小組的博士生Lena Stoecker 領導了改進生物醫(yī)學應用方法的努力。她的工作重點是開發(fā)與自然細胞環(huán)境非常相似的材料和技術——這是組織工程的一大挑戰(zhàn)。

△Xolography中正交應用光束引發(fā)局部光聚合的示意圖（A = 螺吡喃、B = 份菁、C = 自由基）和推進水凝膠制造技術所采取的步驟：（1）可打印水凝膠系統(tǒng)的配方，（2）工藝優(yōu)化，（3）打印樣本的特性，和（4）組織工程應用的展示：生物打印和 4D 水凝膠打印。

與傳統(tǒng)的逐層 3D 打印不同，Xolography通過將一系列圖像投射到光反應流體上來同時固化整個體積。這種方法可以實現(xiàn)更快、更高分辨率的打印，但需要進行重大修改以支持活細胞。該團隊開發(fā)了生物相容性材料——取代有毒的光引發(fā)劑，以確保安全的生物醫(yī)學應用。

Stoecker 已成功打印出孔徑在100 微米至 1 毫米之間的水凝膠支架，使細胞培養(yǎng)所需的營養(yǎng)物質能夠流動。此外，研究人員還通過調節(jié)光強度實現(xiàn)了對材料特性的精確控制，從而能夠創(chuàng)建具有不同剛度的結構。

一項重大突破涉及使用熱敏水凝膠，這使得結構能夠隨時間改變形狀（又稱 4D 打印）。這項創(chuàng)新為能夠根據(jù)溫度變化收縮和擴張的人造肌肉鋪平了道路。

雖然臨床應用仍遙遙無期，但研究團隊的工作為生物打印的未來奠定了重要基礎。進一步的進步可能會帶來更復雜的藥物測試組織模型，減少對動物測試的依賴。此外，打印高度定制的植入物和再生組織結構的能力可能會徹底改變個性化醫(yī)療，為器官衰竭和創(chuàng)傷恢復提供新的解決方案。隨著持續(xù)的研究和合作，這項技術有可能改變再生醫(yī)學，并使功能性 3D 打印器官更接近現(xiàn)實。