将活细胞整合到3-D打印机中创建的精细结构中

通过将细胞嵌入精致的3D框架中，可以很好地控制和研究组织的生长和细胞的行为。这可以通过使用附加的3-D打印方法(即所谓的“生物打印”技术)来实现。但是，这涉及许多挑战：一些方法非常不精确，或者只允许很短的时间窗口，可以在其中不损坏细胞的情况下进行处理。此外，在3D生物印迹过程中和之后，所用材料必须对细胞友好。这限制了可能的材料的种类。

维也纳维也纳(TU Wien)现已开发出一种采用全新材料的高分辨率生物打印工艺：由于3-D打印机具有特殊的“生物墨水”，现在可以将细胞嵌入到用千分尺打印的3-D矩阵中精度—每秒打印速度为一米，比以前可能的速度快几个数量级。

环境很重要

“细胞的行为主要取决于其环境的机械，化学和几何特性，”材料科学与技术研究所(TU Wien)的3D印刷和生物制造研究小组负责人Aleksandr Ovsianikov教授说。 )。“嵌入细胞的结构必须能够吸收营养，这样细胞才能生存和繁殖。但是，结构是刚性的还是柔韧性的，随着时间的推移它们是否稳定或降解也很重要。”

可以先产生合适的结构，然后在活细胞中定植，但是这种方法可能使细胞难以置于支架内部的深处，并且很难以这种方式实现均匀的细胞分布。更好的选择是在结构的生产过程中将活细胞直接嵌入3-D结构中，这种技术称为“生物打印”。

如今，在微观上打印精细的3D对象不再是问题。但是，活细胞的使用给科学带来了全新的挑战：“直到现在，还一直缺乏合适的化学物质，” Aleksandr Ovsianikov说。“您需要能在聚焦激光束照射的地方精确固化的液体或凝胶。但是，这些材料一定不会对细胞有害，整个过程必须非常迅速地进行。”

一次两个光子

为了获得极高的分辨率，维也纳大学已经使用了两年的光子聚合方法。该方法使用化学反应，该化学反应仅在材料的分子同时吸收激光束的两个光子时才启动。这仅在激光束具有特别高的强度的情况下才可能。在这些点上，该物质变硬了，而其他地方仍然保持液态。因此，这种双光子方法最适合于生产高精度的超精细结构。

但是，这些高分辨率技术通常具有非常慢的缺点-通常在微米或每秒几毫米的范围内。然而，在维也纳工业大学，细胞友好型材料的处理速度可以超过每秒一米，这是决定性的一步。只有整个过程可以在几个小时内完成，细胞才有可能存活并进一步发育。

众多新选择

Aleksandr Ovsianikov说：“我们的方法为适应细胞环境提供了许多可能性。” 根据结构的构建方式，可以使它更硬或更软。甚至可能是连续的精细梯度。以这种方式，可以精确地定义结构的外观，以允许所需种类的细胞生长和细胞迁移。激光强度还可用于确定结构随时间退化的容易程度。

Ovsianikov坚信这是细胞研究的重要一步：“使用这些3-D支架，可以以前所未有的准确性研究细胞的行为。有可能研究疾病的传播以及干细胞的传播。使用这种纸，甚至可以用这种方法生产定制的纸巾。”

该研究项目是一项国际跨学科合作，维也纳工业大学的三个不同研究所参与其中：奥夫尼亚尼科夫的研究小组负责印刷技术本身，应用合成化学研究所开发了快速且对细胞友好的光引发剂(引发光化学反应的物质)。照明过程中的硬化过程)和轻型结构与结构生物力学研究所分析了印刷结构的机械性能。