冷凍的3D列印腦支架。 在腳手架解凍後， 科學家們將膠原蛋白結構覆蓋在人體細胞中。 黑色比例尺代表10毫米。
一種新的3D列印技術可以使組織像人類軟弱的大腦或海綿狀肺一樣柔軟 - 這是以前不可能的。
“增材製造”或3D列印， 可以讓醫生利用患者自身的細胞為患者生產量身定做的器官， 這可以説明減少需要移植的人員的器官嚴重短缺。
但是， 這項技術仍然有很大的局限性。 為了製造這些器官， 生物工程師需要3D列印模仿器官結構的支架， 然後再填充細胞。 到目前為止， 只有相對較硬的材料才能進行3D列印。 但是身體裡的一些器官， 比如大腦和肺， 都有一個非常軟的結構。
倫敦帝國理工學院機械工程系的研究員Zhengchu Tan說：“以前印製的生物結構的類型就像骨骼或者更硬的器官， 比如肝臟和腎臟。 最近發表的文章描述了新的3D列印技術。
“我們使用了一種非常柔軟的材料，
但是3D列印非常柔軟的材料的問題是， 在3D列印過程中， 底層會隨著附加層的添加而崩潰， Tan說。 事實上， 3D列印的過程涉及逐層創建一個物體， 這意味著下層需要能夠支撐生長結構的重量。
為了解決這個問題， 研究人員冷靜下來 - 從字面上看。 譚說：“我們正在使用低溫印刷工藝， 這意味著前一層被凍結。 “凍結使得圖層非常牢固穩定， 以便下一層可以列印在上面， 3D物體不會在自身重量下崩潰”。
她說， 印刷完成後， 工程師可以慢慢融化物體， 並保持其形狀。
為了3D列印支架， 研究人員使用了一種由兩種成分組成的新型複合水凝膠：一種水溶性合成聚合物聚乙烯醇和一種名為Phytagel的果凍狀物質。
然後， 他們用膠原蛋白塗覆所得到的結構， 並填充人類細胞。 然而， 為了實驗的目的， 研究人員使用皮膚細胞而不是用於模仿人腦的支架上的腦細胞。
仍然有限
到目前為止， 研究人員已經能夠只創建大腦樣組織的小樣本， 而不是整個大腦。
高級研究作者， 倫敦帝國理工學院生物工程系的研究員Antonio Elia Forte說：“如果你試圖使用標準的商用3D印表機3D列印完整的大腦， 這將是非常具有挑戰性的。
“當你進入複雜的結構時， 隨著材料性質變得越軟， 幾何體自身就會崩潰的風險就越大， ”Forte告訴Live Science。
Forte說， 目前的研究人員使用的低溫技術通過三維印刷板來冷卻材料。 這意味著從印版上進一步去除的層將在整個物體印刷之前融化，
將來， 研究人員可以通過使用能夠保持整個物體冷卻的腔室來進一步發展該技術， Forte說。
不過， 新技術是一個進步。 “現在我們終於能列印出非常軟的材料， 而這是以前沒有實現的， ”Forte說。 展望未來， 研究人員的目標是改進技術， 以便能夠列印更大的物體。
Forte補充說， 生物工程師可能還需要幾十年的時間才能使用3D列印技術來創建諸如大腦或肺部等功能完善的複雜人體器官。 儘管如此， 目前的技術可以用來幫助研究人員研究在不同情況下腦部或肺部組織的行為， 例如， 在撞擊情況下， 如創傷性腦損傷。