超越传统：3D生物打印如何利用扩散创造奇迹？

组织工程和再生医学领域迫切需要能够模拟人体组织结构和功能的体外模型和组织替代物。然而，传统的体外模型和组织替代物往往难以满足高度特异性、复杂性和功能性的要求。3D生物打印技术应运而生，它通过精确地排列生物材料和活细胞，能够制造出具有类似天然组织的结构和功能的构建体，从而满足组织工程领域的研究和应用需求。

微挤出生物打印：构建体材料的形成

微挤出生物打印是最常见和最通用的3D生物打印技术之一，尤其适用于制造支架和细胞负载的水凝胶构建体。微挤出生物打印使用的生物墨水主要由聚合物材料和活细胞组成，或仅由无细胞的生物材料组成。这些生物墨水可以具有良好的可打印性和机械性能，并能够提供适当的生物物理和生物化学信号，以促进细胞的生长和功能。

扩散在生物打印中的应用：从设计参数到关键工艺

传统上，扩散在生物打印中主要被视为一个设计参数，用于确保细胞获得足够的氧气和营养物质。然而，近年来，研究人员开始利用扩散机制来调节打印构建体的特性和几何形状，将其作为关键工艺的一部分。通过控制特定分子的扩散，可以调节生物墨水的粘度、凝胶化速率、机械性能和生物功能，从而制造出具有复杂形状、多种功能和不同机械性能的构建体。例如，可以通过扩散交联剂来诱导墨水的凝胶化，或者通过扩散催化剂来促进聚合反应。

基于扩散的生物打印策略的分类

基于扩散的生物打印策略可以根据扩散方向分为以下三种类型：

向内扩散：将特定分子（如交联剂、催化剂或增稠剂）从周围环境（如空气、溶液或支撑浴）扩散进入打印墨水。

向外扩散：将特定分子从打印墨水扩散到周围环境。

构建体内扩散：将特定分子从构建体中的一个区域扩散到另一个区域。

每种策略都有其独特的应用，例如制造多材料构建体、可灌注网络和具有梯度特性的构建体。

参考文献

Cai B, et al. Diffusion-Based 3D Bioprinting Strategies. Adv Sci (Weinh). 2024 Feb;11(8):e2306470.