胃潰瘍和其他胃部傷口困擾著全球八分之一的人，但常見的傳統療法存在缺陷。現在，科學家們旨在透過探索 3-D 列印的新領域來解決這些問題：將活細胞直接沉積到人體內。
正如 3-D 印表機放下層層材料來建立結構一樣，
生物印表機擠出活細胞以產生組織和器官。這一概念的長期夢想是，在器官捐贈等待名單上的人們——僅在美國就有近 7 萬人，根據非營利組織器官共享聯合網路的資料——有一天可能會選擇獲得生物列印器官。儘管以這種方式生產功能性心臟或腎臟的能力可能還需要數年時間，但現實的近期目標包括生物列印更簡單的結構，例如骨移植。然而，在體外列印的活體組織仍然需要植入手術，這通常涉及大的切口，從而增加感染風險並延長恢復時間。
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如果醫生可以直接在體內列印細胞呢？這個想法是使用當前的
實驗室培養皿上的生物列印凝膠。圖片來源：溫翔 趙
微創手術技術，透過小切口將 3-D 列印工具插入患者體內，然後鋪設新的組織。這種“體內生物列印”的潛在應用可能包括用於幫助修復疝氣的手術網片和用於幫助逆轉不孕症的卵巢貼片。
之前關於體內生物列印的大部分研究都集中在皮膚和身體外部其他組織的治療上，因為必要的裝置通常太大，無法在不進行大手術的情況下進入消化道和其他位於中心的器官。為了以更微創的方式治療胃部病變，中國的科學家們希望開發一種微型生物印表機器人，可以相對容易地進入人體。該研究的資深作者、北京清華大學的生物工程師徐濤說，研究人員使用了現有的建立靈巧電子裝置的技術，例如
機械蜜蜂和受蟑螂啟發的機器人。
由此產生的微型機器人寬度僅為 30 毫米——不到信用卡寬度的一半——摺疊後的長度為 43 毫米。一旦進入患者體內，它就會展開至 59 毫米長，並可以開始生物列印。“該團隊構建了巧妙的機制，使系統在進入人體時緊湊，但在透過入口處的狹窄限制後展開以提供較大的工作區域，”俄亥俄州立大學的機械工程師大衛·霍爾澤說，他沒有參與這項研究。
在他們的實驗中，中國研究人員將微型機器人安裝在內窺鏡（一種可以透過身體開口插入的長管）上，併成功地將其穿過彎曲的管道進入透明塑膠胃模型。在那裡，他們用它將載有人胃內膜和胃肌肉細胞（由商業實驗室培養）的凝膠列印到實驗室培養皿上。列印的細胞保持活力並在 10 天內穩定增殖。“這項研究是首次嘗試將微型機器人和生物列印結合在一起，”徐說。
研究人員表示，主流的胃病變治療方法包括藥物治療，但藥物起效緩慢且並非總是非常有效；內窺鏡手術，只能修復相對較小的傷口；以及內窺鏡輸送的噴霧劑，可以止血，但對於完全治癒較大的損傷幾乎沒有幫助。體內生物列印的希望是，它最終可能會透過用可以修復胃病變的活體結構覆蓋胃病變來改進這些方法，徐說。
徐補充說，未來的研究可能會將微型機器人的寬度縮小到 12 毫米，併為其配備攝像頭和其他感測器，以幫助其執行更復雜的操作。他和清華大學的主要研究作者溫翔 趙在
他們的發現在本夏季的生物製造雜誌上詳細介紹。
徐和他的同事指出，他們用作生物列印“墨水”的凝膠僅在相對較冷時才穩定。在正常體溫下，它們太液態而無法很好地形成結構。此外，研究人員新增的有助於凝固凝膠的氯化鈣溶液可能會損害人體。但霍爾澤和他的同事最近獨立開發的另一種凝膠可能有助於解決這些問題
它可以在體溫下保持形狀，並且可以使用可見光凝固。
生物列印的一個挑戰是如何有效地將列印的細胞附著到現有的軟器官和組織上。霍爾澤和他的同事測試了一種潛在的解決方案，嘗試“治癒”質地相似的材料（包括生雞胸肉條）中的穿刺孔。首先，3-D 印表機的噴嘴將一小團生物墨水擠入穿刺孔中，建立一個可以將穿孔組織連線到生物列印結構的錨點。然後，他們緩慢地撤回噴嘴，拖曳著一縷材料，他們可以用它在組織外部鋪設更多細胞。“這項工作很有啟發意義，”徐說。他補充說，借鑑這些方法將有助於體內生物列印的進一步發展。
霍爾澤認為，這項技術可能永遠無法列印複雜的器官。相反，它可能會透過用相對簡單的列印結構增強標準手術來證明其用途，這些結構可以釋放藥物以促進癒合或預防感染。“組織工程材料有很多機會……目前尚未被考慮——因為沒有人願意開啟患者來輸送材料，”霍爾澤說。