4D 生物打印的應(yīng)用案例

1. 皮膚再生

皮膚是人體最大的器官，具有保護铺纽、調(diào)節(jié)溫度和水分蒸發(fā)等功能柬帕。皮膚損傷需要修復(fù)，而傳統(tǒng)的修復(fù)方法存在局限性狡门。4D 生物打印技術(shù)可以制造出具有動態(tài)變化能力的皮膚組織陷寝，為皮膚再生提供新的解決方案。

動態(tài)皮膚替代品：4D 生物打印可以制造出可以根據(jù)傷口形狀進行形狀變化的皮膚組織其馏，例如具有特定形狀的皺紋或具有特定功能的傳感器凤跑。這些組織可以更好地與傷口融合，加速皮膚修復(fù)叛复，并減少疤痕形成仔引。

自愈合皮膚: 通過將智能材料和細胞結(jié)合，可以制造出具有自愈合能力的皮膚組織褐奥。例如咖耘，研究人員開發(fā)了一種基于聚乳酸的智能材料，可以吸收傷口滲出物并釋放生長因子撬码，促進皮膚再生儿倒。

2. 骨骼再生

骨骼是人體的重要結(jié)構(gòu)，負責支撐身體呜笑、保護內(nèi)臟和進行鈣儲存夫否。骨折和骨缺損需要修復(fù)，而傳統(tǒng)的修復(fù)方法存在局限性叫胁。4D 生物打印技術(shù)可以制造出可以根據(jù)骨骼形狀進行形狀變化的骨骼組織慷吊，為骨骼再生提供新的解決方案。

動態(tài)骨骼支架: 通過使用可編程形狀記憶聚合物曹抬，可以制造出可以根據(jù)骨缺損形狀進行形狀變化的骨骼支架溉瓶。例如，研究人員利用冷凍 4D 打印技術(shù)可以將黑磷納米片/磷酸鈣/聚(D, L-乳酸-co-三甲碳酸)復(fù)合物打印成動態(tài)骨骼支架谤民，可以在近紅外輻射下改變形狀堰酿，以實現(xiàn)與大鼠顱骨缺損的緊湊整合。

骨引導組織: 通過將智能材料和細胞結(jié)合张足，可以制造出可以引導細胞遷移和增殖的組織触创。例如，研究人員開發(fā)了一種基于膠原的智能材料为牍，可以釋放骨形態(tài)發(fā)生蛋白哼绑，促進骨骼再生岩馍。

3. 軟骨再生

軟骨是人體的重要組織，負責緩沖壓力抖韩、減少摩擦和提供關(guān)節(jié)的靈活性蛀恩。軟骨損傷難以修復(fù)，而傳統(tǒng)的修復(fù)方法存在局限性茂浮。4D 生物打印技術(shù)可以制造出具有自彎曲能力的軟骨組織双谆，為軟骨再生提供新的解決方案。

自彎曲軟骨支架: 通過使用可編程形狀變形水凝膠席揽，可以制造出可以根據(jù)軟骨組織的結(jié)構(gòu)和功能需求進行形狀變化的軟骨支架顽馋。例如，研究人員使用數(shù)字光處理技術(shù)將成軟骨細胞和鼻竇來源的間充質(zhì)干細胞打印成雙層支架幌羞，可以在水的作用下折疊成管狀結(jié)構(gòu)寸谜。

軟骨引導組織: 通過將智能材料和細胞結(jié)合，可以制造出可以引導細胞遷移和分化為軟骨細胞的組織属桦。例如伞芹，研究人員開發(fā)了一種基于透明質(zhì)酸的智能材料笋敞，可以釋放生長因子，促進軟骨再生。

4. 血管再生

血管是人體的重要結(jié)構(gòu)庭砍，負責輸送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)构拳，并清除廢物抗俄。血管損傷難以修復(fù)裹刮，而傳統(tǒng)的修復(fù)方法存在局限性。4D 生物打印技術(shù)可以制造出可以根據(jù)血管的直徑和結(jié)構(gòu)進行精確打印的血管組織蔚鸥，為血管再生提供新的解決方案惜论。

自彎曲血管支架: 通過使用可編程形狀變形水凝膠，可以制造出可以根據(jù)血管的直徑和結(jié)構(gòu)進行形狀變化的血管支架止喷。例如馆类，研究人員使用微擠出生物打印技術(shù)將海藻酸鹽或羥基乙酸甲酯打印成薄膜，可以在水的作用下折疊成小管狀結(jié)構(gòu)弹谁，其直徑與人體中最小的血管相當乾巧。

血管引導組織: 通過將智能材料和細胞結(jié)合，可以制造出可以引導細胞遷移和增殖為血管細胞組織的組織预愤。例如沟于，研究人員開發(fā)了一種基于膠原蛋白的智能材料，可以釋放血管生成因子植康，促進血管再生旷太。

5. 其他組織

4D 生物打印技術(shù)可以應(yīng)用于制造其他動態(tài)組織，例如：

心臟組織: 制造具有動態(tài)特征的心臟組織，例如可以模擬心臟跳動的心肌細胞組織供璧。

肌肉組織: 制造多層次的肌肉支架存崖，可以引導細胞的排列方向，模擬天然肌肉組織的結(jié)構(gòu)睡毒。

其他組織: 制造其他動態(tài)組織来惧，例如肝臟組織、腎臟組織等吕嘀。

總結(jié)

4D 生物打印技術(shù)在構(gòu)建動態(tài)組織方面具有巨大的潛力违寞，可以應(yīng)用于治療各種疾病贞瞒，例如皮膚損傷偶房、骨折、軟骨損傷军浆、血管損傷等棕洋。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，4D 生物打印技術(shù)將會為組織工程和再生醫(yī)學帶來革命性的變化乒融，為人類健康帶來新的希望掰盘。

參考文獻

Lai J, Liu Y, Lu G, et.al. 4D bioprinting of programmed dynamic tissues. Bioact Mater. 2024 Apr 23;37:348-377.