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2025年5月,美國加州理工學院研究團隊在《科學》雜志發表了一項顛覆性成果——“成像引導深層組織體內超聲打印”(DISP)技術。該技術首次實現了無需開刀、直接在體內深層組織完成生物材料精準打印的愿景,為個性化醫療開辟了全新方向。
DISP技術的核心在于結合聚焦超聲波與特制的“超聲墨水”。這種墨水由生物聚合物、溫敏脂質體和成像造影劑組成,可通過注射或導管輸送至體內目標區域。當自動定位的超聲換能器發出聚焦超聲波時,產生的局部微熱(略高于體溫)會觸發脂質體釋放交聯劑,促使墨水迅速凝膠化,形成預設的三維結構。整個過程通過成像技術實時監控,確保精準性和可控性。
與傳統3D生物打印技術相比,DISP無需通過手術植入體外打印的物體,而是直接在病灶部位完成“原位制造”。例如,在實驗中,研究團隊成功在小鼠膀胱腫瘤附近打印載藥材料,并在兔子深層肌肉組織完成功能結構的構建,驗證了其在藥物緩釋、組織修復等場景的應用潛力。
無創治療:DISP技術避免了傳統手術的創傷與風險,患者僅需接受微創注射或導管輸送墨水,即可實現精準治療。
高度可調性:生物墨水的性能可靈活設計,例如增強導電性、促進組織黏附或實現藥物緩釋,為心血管疾病、腫瘤治療等提供多樣化解決方案。
生物相容性:實驗顯示,打印后的凝膠材料在體內一周內未被自然清除,且未引發明顯炎癥或組織損傷,安全性與穩定性顯著。
目前,DISP技術已在動物模型中驗證了其在藥物輸送、組織修復和生物電子器件構建中的潛力。例如,在腫瘤治療中,載藥墨水可精準作用于病灶區域,減少全身副作用;在組織修復中,可打印與人體天然組織力學性能匹配的支架,促進再生。研究團隊表示,未來結合人工智能實時路徑規劃技術,DISP有望進一步優化打印精度,推動臨床應用的普及。
除DISP外,杜克大學與哈佛醫學院聯合研發的“深穿透聲學體積打印”(DAVP)技術同樣引人注目。DAVP利用聲波墨水在體內深層組織(如心臟、骨骼)實現“隔空打印”,成功完成山羊心臟左心耳封堵、雞腿骨修復等實驗,展現了超聲波技術在微創手術中的廣闊前景。
生物3D打印技術正從“體外制造+手術植入”的傳統模式,邁向“體內無創打印”的新紀元。這一變革不僅減少了患者痛苦,還為實現完全個性化的治療方案提供了可能。未來,隨著材料學、影像學與人工智能的深度融合,醫療領域或將迎來“按需打印、即時治療”的時代。
超聲3D生物打印的突破,標志著醫療技術從“有創”到“無創”、從“通用”到“定制”的重大跨越。盡管技術仍需進一步完善和臨床驗證,但其潛力已為精準醫療繪制了一幅充滿希望的藍圖。
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