导读：器官捐献者可以挽救生命，例如肾衰竭患者。但遗憾的是，捐献者数量严重不足，导致等待名单漫长。而器官（或部分器官）的3D生物打印技术，或许能在未来解决这一短缺难题。不过，打印活体组织，即生物打印本身也极其复杂且充满挑战。
荷兰乌得勒支大学以及附属乌得勒支大学医学中心（UMC Utrecht）研究团队，开发出一款将计算机视觉与体积打印相结合的3D打印系统GRACE（生成式、自适应式、情境感知式3D打印）。该成果由Riccardo Levato博士领导，有望显著提升生物3D打印中细胞的存活率和功能性，推动再生医学与组织工程领域迈向新高度。
△3D打印系统GRACE示意图
与传统的逐层打印不同，体积生物打印使用由细胞友好型激光激活的光敏凝胶，一步即可形成完整的结构，从而加快打印速度，并减少对细胞的压力。GRACE通过实时扫描凝胶并围绕细胞的实际位置设计结构，进一步推进了这种方法，从而能够构建具有优化血管网络和多层结构的功能性组织。
自适应血管网络和多层打印
生物3D打印的主要挑战之一是创建功能性血管，为细胞提供氧气和营养。GRACE的实时扫描功能能够在几秒钟内高效地将血管放置在细胞周围，从而克服了传统预先设计网络的局限性。
Sammy Florczak博士表示：“过去的打印完全依赖设计师的蓝图。现在，GRACE能直接参与设计。它可以‘看到’材料中的细胞以及位置，并利用人工智能工具，为打印对象生成与之匹配的设计。这款新型打印机本质上具备了自身的‘眼睛’——一套基于激光的成像系统，以及一个‘大脑’——全新的人工智能软件。这种高度的定制化能显著提升组织的存活率与功能性。”
GRACE还支持多层打印。例如，打印的骨骼结构随后可以添加一层软骨。通常，此过程需要精确的手动对齐，但GRACE可以扫描现有组织，并自动设计并打印第二层以使它完美贴合。这一过程以体积生物打印的高速完成，可在几秒钟内生成立方厘米级的组织。该系统还可以自动调整障碍物，例如先前打印部件造成的阴影，从而确保最终结构的一致性和精确性。预制物体，例如支架或药物输送装置，可以插入凝胶中并在打印过程中集成。
△图片展示了如何利用GRACE以最佳方式生成并打印血管状网络（蓝色/灰色），使它围绕细胞结构（粉色）
未来方向
尽管GRACE展现出巨大潜力，但仍需进一步研究才能将它转化为临床应用。研究人员需要确定打印细胞如何成熟为功能齐全的组织。
研究人员表示，GRACE的这项首创工作仅仅是个开始。我们目前正在努力增加可打印的细胞数量，以便打印心脏和肝脏等其它组织。此外，我们希望将这项技术向其它实验室开放，以便更多的实验室可以将这项创新技术应用于他们的打印方法。
更广泛来看，生物打印领域正迎来前所未有的发展机遇。未来，随着跨学科协作的深入和标准化体系的建立，生物打印有望推动定制化组织修复和复杂器官制造，为人类健康带来跨时代的变革。
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