体内3D打印技术获突破，加州理工学院团队成果登上《Science》

2025年5月8日，加州理工学院高伟教授团队在《Science》杂志上发表了一篇题为“Imaging-guided deep tissue in vivo sound printing”的研究论文，为医学3D打印领域带来了重大突破。该团队成功开发出一种体内3D打印平台，能够在实时成像引导下，利用聚焦超声在活性组织深处的特定位置3D打印生物材料或聚合物，为组织再生、靶向药物递送、生物电子学和非侵入性治疗等方向开辟了新的可能。

超声波技术引领体内3D打印新方向

医学3D打印技术正朝着深穿透方向发展，而超声波技术因其深部组织穿透、非侵入性以及实时成像能力等优势，成为当前体内3D打印研究的热点。与近红外光相比，超声波可以将高能声波传递到皮肤下深度达20厘米的局部区域，能够引发化学、物理和生物反应，实现定制化学反应、检测和治疗。然而，体内超声3D打印面临着诸多挑战，如声波触发化学反应需要开发声触发墨水，超声波引起的振荡气泡和流体运动可能会破坏墨水材料，导致打印速度慢和制造分辨率差，以及生物相容性风险等问题。

创新方法攻克体内3D打印难题

高伟教授团队开发了一种新方法，将超声波与低温敏感脂质体相结合。他们将交联剂装载到脂质体中，并将其嵌入包含聚合物单体、成像造影剂以及治疗药物等的聚合物溶液中，制成复合生物墨水直接注射到体内。脂质体颗粒对低温敏感，通过聚焦超声波将小目标区域的温度升高约5℃，即可触发交联剂的释放并启动聚合物的3D打印。此外，他们还使用源自细菌的气囊作为成像造影剂，这些气囊在超声成像中清晰可见，且对液态单体溶液交联形成凝胶网络时发生的化学变化非常敏感，其对比度的变化可以通过超声成像检测到，从而实现活体动物体内打印确定的图案。

深层组织体内声音打印平台展现显著治疗效果

该团队将这项新技术称为深层组织体内声音打印（DISP）平台。在实验中，他们利用DISP平台在小鼠膀胱肿瘤附近3D打印载有化疗药物阿霉素的聚合物，结果发现与直接注射药物溶液的动物相比，肿瘤细胞死亡的数量明显增多，证明了该技术在肿瘤治疗中的有效性。高伟教授表示，DISP平台可以到达深层组织，3D打印多种类型的材料，应用广泛且具有优异的生物相容性。目前，该技术已用于3D打印选择性药物输送的聚合物胶囊以及用于密封内部伤口的胶状聚合物，还可用于打印生物电水凝胶，用于体内监测生理生命体征，如心电图（ECG）。

展望未来：向人体应用迈进

高伟教授团队的这项研究不仅开发出了一种高精度、可控的体内3D打印方法，而且打印速度快，打印材料具有生物相容性，取得了可观的治疗效果。未来，该团队计划在更大的动物模型上进行3D打印，并希望在不久的将来能够在人体上进行评估。他们还将借助人工智能技术，实现在跳动的心脏等运动器官内自主触发高精度打印，为医学3D打印技术的发展带来更多的可能性和希望。