2025年5月8日，《Science》雜志發表了一項革命性研究——加州理工學院高偉團隊開發的“成像引導深部組織體內聲打印（DISP）”技術，首次在活體動物的深部組織中實現了高精度3D生物打印。這項技術通過超聲波實時引導，無需外科手術即可在體內直接打印功能性生物材料，為藥物遞送、組織修復等醫療應用提供了全新解決方案。

技術突破：超聲波驅動“無創手術”

傳統3D生物打印依賴侵入性手術植入體外制造的生物結構，而DISP技術通過創新的“超聲波墨水（US-ink）”和聚焦超聲波（FUS），直接在體內目標部位完成打印。US-ink由生物聚合物、交聯劑載體（低溫敏感脂質體，LTSLs）及超聲成像對比劑（氣體囊泡，GVs）組成。注射至體內后，FUS精準加熱目標區域，觸發脂質體釋放交聯劑，使墨水迅速固化成型。

圖1.成像引導深部組織體內聲打?。―ISP）技術

圖2. 低溫敏感脂質體的合成與表征，用于交聯劑的控制釋放。

核心優勢：

· 高分辨率與速度：打印分辨率達150微米，速度最高40毫米/秒，遠超傳統光固化技術。

· 多功能材料兼容：可打印導電水凝膠（用于生物電子器件）、載藥凝膠（靶向治療）、含細胞凝膠（組織再生）及生物粘合劑（傷口密封）。

· 實時成像監控：GV超聲波對比劑實時顯示打印過程，確保定位精準，減少脫靶風險。

圖3. 超聲誘導3D打印的表征。

圖4. 基于深層組織體內功能生物材料3D打印用于各種醫療應用。

實驗驗證：從小鼠到兔子的成功案例

研究團隊在小鼠膀胱腫瘤附近及兔子腿部肌肉深處進行了活體打印實驗：

1.局部藥物遞送：載有化療藥物阿霉素的凝膠在小鼠膀胱腫瘤處打印，顯著提升腫瘤細胞殺傷效果（對比游離藥物）。

2.組織修復：含小鼠成肌細胞的凝膠在兔肌肉中打印，細胞存活率超90%，7天后仍保持活性與正常代謝。

3.生物粘合：基于兒茶酚修飾明膠的粘合凝膠成功密封心臟組織穿孔，粘附強度提高3倍以上。

安全性與穩定性：生物相容性測試顯示，打印材料對皮膚、肌肉等組織無毒性或炎癥反應，且凝膠在體內可穩定存在數周，必要時可通過螯合劑（如EDTA）溶解清除。

圖5. 影像引導下的活體深層組織超聲誘導3D打印。

未來挑戰與展望

盡管DISP技術已展現巨大潛力，但復雜器官（如心臟、肺部）的動態環境仍對打印精度構成挑戰。研究團隊計劃結合機器學習優化超聲波定位系統，進一步提升適應性。論文通訊作者Wei Gao教授表示：“DISP為個性化醫療提供了全新工具，未來或可實現在體內‘按需打印’替代組織或智能藥物工廠?！?/p>

來源：高分子科學前沿