October 8, 2021

让我们创造希望！Lumen X+ 如何重新定义生物打印能力

通过更好地复制体内细胞环境，从 2D 细胞培养到 3D 细胞培养的转变引发了包括组织工程在内的许多研究领域科学进展的连锁反应。组织工程师很快采用了 3D 生物打印机，以确定的空间排列方式挤压细胞，使其与生理更相关。虽然挤压丝是革命性的，但当放大到人体器官的大小时，由 Volumetric 支持的 Lumen X+™ 光固化生物打印机便促成了一种范式转变，使人们能够以更高的分辨率重建肺等器官的复杂血管系统。

形式追随功能

在生物学中，从蛋白质的构象到器官的结构再到有机体的整体形态，一切都是其功能的进化结果。借助当今先进的成像技术和对器官形式前所未有的了解，组织工程师们产生了疑问——器官的功能是否会随形式而变化。如果他们可以推动科学技术而制造出接近活组织的形式或结构，那么工程化结构会像原始结构一样发挥作用吗？

尽管科学家可以在一个 15 mL 锥形试管中培养和容纳数十亿个细胞，但如何让它们保持活力仍然是一项挑战。
就像土木工程师忘记为城市设计街道，就很难将食品杂货带回家或清除垃圾一样。
当细胞无法获得营养、氧气和进行废物清除时，它们就会开始死亡。
在活体人肺中，多尺度的血管系统会运输营养物质，并清除细胞产生的废物，以维持细胞的生存。
把人体的血管系统想象成城市街道。
组织工程师需要复制这些，以使生物打印组织成为现实。
挤压式 BIO X6™ 生物打印机是其中一种选择，它提供了可互换打印头，具有多功能性，使多种材料的使用成为可能。
通过整合牺牲型生物材料，BIO X6 甚至可以用于制造管状结构的中空腔。

焕然一新

Lumen X+ 可更进一步利用光腔形成血管腔，创造更复杂的血管系统。
将光固化生物打印机的可见光照射到光敏液体或 PhotoInk™ 中，可触发局部化学反应。
每个光点代表一个像素，可以将少量液体转化为固体。
将图像逐层投射到水凝胶上进行聚合，形成非常复杂的结构，一次可以产生数百万个光点。

随着人体肺部的血管系统向外分支，气道和血管会变得更小，彼此靠得更近，但永远不会接触。
肺的功能模型需要实现这种接近程度，以允许气体扩散到血管。
研究人员不希望这些血管以流体方式连接，所以他们必须设计一种缠绕血管的拓扑结构，以允许营养物质从一个血管网络扩散运输到另一个血管网络。

为了控制生物墨水的聚合程度，莱斯大学 Jordan Miller 博士的实验室尝试将黄色食品安全添加剂作为生物相容性蓝光的光吸收剂，为原本透明的水凝胶添加颜色。
在合适的浓度下，黄色添加剂会限制 z 轴上的有效聚合范围，让研究人员可以微调他们的中空容器。

未来方向

研究人员正在推动水凝胶和光固化生物打印技术的发展。他们正在积极研究更小的血管直径和更窄的血管间距，以实现更有效的扩散。仅仅在 5 年前，创建这些复杂的拓扑结构还是不可想象的事情，但现在可以利用 Lumen X+ 来实现。有了这些先进的技术，研究人员有望在未来几年看到指数级的进展。他们的目标是实现生物打印器官，即使只有 10% 的功能。对于器官完全衰竭的人来说，10% 的功能可能是救命稻草。

Lumen X™ 和 PhotoInk™ 是 Volumetric 的注册商标。