研究人员慕尼黑应用科学大学已经开发出一种高度精确的3D生物打印方法，能够以单细胞的分辨率创建人体组织。
通过向位于细胞层下方的水凝胶发射超短近红外(NIR)激光，该团队已经能够喷射出微小的细胞簇，并将它们装入一个3D支架。这种新方法允许个体细胞根据其形态以93-99%的存活率进行转移，科学家们相信，随着进一步的自动化，它可以产生功能性组织移植。
高分辨率的3 d生物打印
在科学界，生物打印软组织替代品的潜力是众所周知的，而且很多实验都在进行，特别是在药物研发和防止与年龄有关的细胞退化方面。尽管如此，近年来已经开发了许多不同的制造组织支架的方法，精确定位单个细胞仍然是一个重大挑战。
虽然基于喷墨和按需滴注的方法之前已经证明了单细胞的精度，但它们经常受到精度和可行性低的困扰。另外，声学细胞模式技术已被证明损伤较小，分辨率较高，但这些方法不允许操作特定的细胞。
鉴于精确单细胞控制在促进增殖和最终设计定制的功能性人体软组织方面的潜力，科学家们在2018年开发了他们的新方法。基于脉冲近红外激光，该团队的技术使他们能够将大约10-30个细胞的小水凝胶液滴转移到目标基质上。
在他们最新的研究中，慕尼黑的科学家们现在已经改进了这一程序，在将细胞移到目标表面之前，可以从细胞库中选择特定的细胞。由于具有高水平的准确性、分辨率和细胞存活率，研究人员的改进技术可能代表着更可行的组织移植的重要一步。
新颖的慕尼黑方法
在研究人员优化的方法中，他们将最初的设置安装在一个倒置的光学显微镜上，在这个显微镜上，他们可以根据细胞的形状、大小或荧光来识别细胞。然后将1030纳米激光发射到底层的水凝胶中，其波长足以使细胞在单个或多个组中“喷射”出去，而不会损害它们的整体生存能力。
在测试过程中，科学家们在明胶涂层的基质上打印了一排排间隔为50、100和200µm的人间充质干细胞(hMSCs)。经过详细的分析，结果表明该团队已经达到了极高的准确性，大多数细胞偏离其目标位置不到一个细胞直径(14-32µm)。
为了评估他们的技术对hMSCs生存能力的影响，研究人员将它们放置在充满胶原蛋白的表面，使其存活率高达100%。然而，相隔200µm的细胞实际上彼此远离，这表明它们的机械信号无法到达相邻的细胞。
此外，手动传输hmsc的时间为每个细胞20秒左右，这限制了进程的可伸缩性。为了提高细胞转移速度，科学家们相信，在未来，可以将他们的过程与双光子立体光刻(2PP)相结合，从而创造出新型的器官芯片设备，最终实现功能性人体组织替代品。
混合生物打印方法
生物打印仍然是一项实验性但快速发展的技术，因此，各种细胞沉积方法目前正在开发中。
研究人员英国巴斯大学和布里斯托大学开发了一种新的声能生物打印技术名为“sonolithography。该团队的新方法是利用超声波精确地将粒子图案沉积到基底上，未来可能应用于药物测试。
科学家们在纽约州立大学布法罗分校采取了完全不同的方法，通过设计一个基于vat- sla的3D生物打印技术的过程。利用他们的技术，研究人员能够缩短创造充满细胞的水凝胶结构的时间，从6个多小时减少到仅仅19分钟。
相比之下，研究人员如蒙特利尔大学美国最近寻求采用低能量激光作为开发新型激光的手段“drop-on-demand”3 d生物打印方法。总的来说，该团队的方法包括将细胞喷射到彼此身上，形成更大的液滴，这可以用来构建未来的软组织。
研究人员的研究结果详细发表在题为《用超短激光脉冲进行单细胞生物打印该研究由张军、Patrick Byers、Amelie Erben、Christine Frank、Levin Schulte‐Spechtel、Michael Heymann、Denitsa Docheva、Heinz P. Huber、Stefanie Sudhop和Hauke Clausen‐Schaumann共同撰写。
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特色图片展示了科学家们发光标记的人类干细胞。图像通过高级功能材料杂志。
