细胞在3D脚手架中传播 - 从左到右：第1周，第3周第5周。最佳：3D设置，底部：仅一层。
可以通过将细胞嵌入精致的3D框架中来控制组织生长和细胞的行为。这是使用添加剂3D打印方法实现的 - 所谓的“生物监测”技术。但是，这涉及许多挑战：一些方法非常不精确，或者仅允许一个非常短的时间窗口，其中可以在不被损坏的情况下处理细胞。此外，所使用的材料必须在3D生物印刷过程中和之后的细胞友好型。这限制了各种可能的材料。
Tu Wien（维也纳）现已开发出全新材料的高分辨率生物印刷工艺：由于3D打印机的特殊“生物墨水”，现在可以嵌入有千分尺精度的3D矩阵中，以每秒一米的打印速度，比以前更快的数量级。
环境很重要
“细胞行为的行为至关重要地依赖于其环境的机械，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组负责人。“嵌入细胞的结构必须可透过营养物，使得细胞可以存活并乘以。但是，无论是稳定还是灵活，是否也是重要的，无论它们是否稳定或降低。“
可以首先产生合适的结构，然后用活细胞定植它们 - 但这种方法可以使得难以将细胞在支架内部置于支架内部，并且几乎可以实现这种方式的均匀细胞分布。在结构的生产过程中，更好的选择是将活细胞直接嵌入到3D结构中 - 这种技术被称为“生物印刷”。
打印显微镜精细的3D对象今天不再是问题。然而，使用生物细胞具有完全新的挑战：“到目前为止，有只是缺乏合适的化学物质，”亚历斯坦德奥维奇夫说。“你需要液体或凝胶，精确地固化，在那里用聚焦激光束照亮它们。然而，这些材料不能对细胞有害，并且整个过程必须极快地发生。“
两个光子一次
为了实现极高的分辨率，在TU WIEN多年来已经使用了双光子聚合方法。该方法使用仅在材料的分子同时吸收激光束的两个光子时启动的化学反应。这仅是激光束具有特别高强度的地方。在这些点，物质硬化，而它在其他地方保持液体。因此，这种双光子方法最适合于高精度产生极其精细的结构。
然而，这些高分辨率技术通常具有非常缓慢的缺点 - 通常在微米范围内或每秒几毫米。然而，在Tu Wien，可以以每秒多于一米的速度处理细胞友好的材料 - 前进的决定性步骤。只有在几小时内完成整个过程，细胞有很多可能会幸存和发展进一步。
众多新选择
“我们的方法提供了许多适应细胞环境的可能性，”Aleksandr Ovsianikov说。根据结构的构建方式，可以使其更静说或更柔软。即使是细，也是可能的。以这种方式，可以确定结构如何看待结构，以便允许所需的细胞生长和细胞迁移。激光强度也可用于确定结构随时间劣化的容易。
Ovsianikov相信这是细胞研究的重要一步：“使用这些3D支架，可以以先前无法实现的准确度研究细胞的行为。可以研究疾病的传播，如果使用干细胞，甚至可以以这种方式生产量身定制的组织。“
研究项目是一家国际和跨学科合作，其中包括三种不同的TU维也纳院校：Ovsianikov的研究小组负责印刷技术本身，应用合成化学研究所开发快速和细胞系列光引发剂（在照明时发起硬化过程的物质）和轻质结构和结构生物力学研究所分析了印刷的机械性能结构。
高分辨率3D打印技术和材料正在商业化年轻但非常成功的Tu Wien Spin-Off Upnano GmbH。
参考：“硫醇 - 明胶 - 降冰片烯生物链用于激光型高清生物胶版”，艾格尼斯·瓦博斯，贾斯珀搬运船只，沃尔夫冈·斯蒂格，彼得格鲁伯，Marica Markovic，Orestis G. Andriotis，Andreas Rohatschek，Peter Dubruel，Philipp J. Thurner，Sandra Van Vlierberghe，Stefan Baudis和Aleksandr Ovsiocikov，2019年7月26日，先进的医疗保健材料.DOI：
10.1002 / adhm.201900752
