如果你的3D打印機(jī)有眼睛和大腦會怎么樣？這就是GRACE背后的理念，GRACE是由荷蘭烏得勒支大學(xué)的一個團(tuán)隊開發(fā)的打印技術(shù)。它是一種基于體積打印工藝和人工智能的工作流程，因此所使用的機(jī)器可以參與設(shè)計階段本身。具體來說，例如，它能夠理解細(xì)胞在生物墨水中的位置，并在其周圍構(gòu)建血管網(wǎng)絡(luò)。這對醫(yī)療領(lǐng)域來說是一個重大進(jìn)步，盡管它仍處于起步階段。

生物打印技術(shù)無疑每天都在進(jìn)步。如果您經(jīng)常關(guān)注新聞，您無疑會注意到一些研究人員已經(jīng)取得的進(jìn)展和克服的障礙。當(dāng)然，還有很多挑戰(zhàn)。其中之一無疑是創(chuàng)建能夠為細(xì)胞輸送氧氣和營養(yǎng)的功能性血管。事實上，目前的生物打印技術(shù)甚至在知道細(xì)胞在所用生物墨水中的位置之前就需要設(shè)計這些血管的模型。如果不知道這些生命結(jié)構(gòu)的位置，就很難滿足它們的需求。

GRACE流程

Riccardo Levato是烏得勒支大學(xué)的教授，也是Levato實驗室的負(fù)責(zé)人，該實驗室率先推出了GRACE（生成式、自適應(yīng)式、情境感知式3D打?。┕に嚒Ｋ退膱F(tuán)隊致力于開發(fā)一種更高效、更智能、更可靠的生物打印解決方案。他很快轉(zhuǎn)向了體積打?。翰皇侵饘映练e細(xì)胞，而是一次性固化感光凝膠以創(chuàng)建完整的結(jié)構(gòu)。Riccardo Levato解釋說：“為了構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)，我們將一系列光圖案投射到一個裝有感光凝膠和細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)管中。在光束匯聚的地方，材料會凝固。這使我們能夠一次性創(chuàng)建完整的3D物體，而無需接觸細(xì)胞?！边@個過程更快，對細(xì)胞的傷害也更小。

這項技術(shù)需要了解細(xì)胞的位置，以便制作出最佳的打印件并保存它們。因此，該團(tuán)隊開發(fā)了一套配備激光的系統(tǒng)，可以繪制待打印材料的化學(xué)和結(jié)構(gòu)成分圖。根據(jù)這種成分，機(jī)器會選擇合適的幾何形狀進(jìn)行打印。它依賴于人工智能、3D成像、計算機(jī)視覺和參數(shù)化建模的結(jié)合。Sammy Florczak是該實驗室的博士生，他參與了這一流程的開發(fā)：“過去，打印總是依賴于設(shè)計師的方案。如今，GRACE為設(shè)計本身做出了貢獻(xiàn)。打印機(jī)‘看到’材料中有哪些類型的細(xì)胞以及它們的位置。然后，它使用人工智能工具，根據(jù)待打印的對象創(chuàng)建定制的設(shè)計。這臺新打印機(jī)本質(zhì)上擁有自己的‘眼睛’（激光成像）和‘大腦’（新的人工智能軟件）。這種程度的定制可以使織物的壽命更長，性能更好?！?/span>

血管網(wǎng)絡(luò)的形成取決于生物墨水中細(xì)胞的存在

因此，GRACE可以解決各種難題——我們討論的是血管，但應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不止于此。例如，以制藥行業(yè)為例——該流程可以設(shè)計出能夠以最佳劑量釋放藥物的結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊還探索了帶軟骨的骨骼模型的創(chuàng)建：用含有關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞和骨髓干細(xì)胞的凝膠3D打印股骨。完成后，GRACE能夠自動定位并打印股骨頭周圍的軟骨。

Riccardo Levato總結(jié)道：“GRACE的初步研究僅僅是個開始。我們目前正在努力增加可打印的細(xì)胞數(shù)量，以便我們也能打印其他組織，例如心臟和肝臟。此外，我們希望其他實驗室也能使用這項技術(shù)，以便他們能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于自己的打印方法?！贝送猓珿RACE未來是否會被醫(yī)療行業(yè)以外的其他行業(yè)所采用還不確定。您可以點擊此處查看完整的研究報告。

應(yīng)用范圍廣泛

編譯整理：3dnatives