研究人员试图构建人工组织和器官的问题可能已经由两个独立的工程师团队解决了。宾夕法尼亚州卡内基梅隆大学匹兹堡分校（Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania）生物医学工程师Adam Feinberg带领的研究团队采用一盘黏稠的沙拉酱作为支撑“溶池”，现在能够打印不会因自身重量而崩塌的3D生物材料，这是长期以来打印软体零件的困难之处。一旦打印出来，结构的刚度足以支撑自身重量，且可通过融掉黏稠物的方式进行重塑。位于盖恩斯维尔的弗罗里达大学（University of Florida (UF) in Gainesville）的研究团队打印出了类似的体系，但未采用融化黏稠物的方式。

北卡罗拉纳州维克森林大学再生医学主任、组织工程专家Anthony Atala说，卡内基梅隆大学研究团队的零部件——包括大脑和心脏模型——比之前创建的都更加复杂。“我认为这是一个很好的策略，将为今后的发展和研究提供更多的途径。”（注，Anthony Atala未参与该项研究）

迄今为止，研究主要面向采用刚性3D打印材料作为假肢，有些甚至是植入到人体之中。他们采用多种形式，从替换颅骨缺失部分的钛金属板到保持坍塌气道畅通的可溶解气管夹板。许多研究小组都在致力于扩大这一成功案例，来制造松软的组织，即由松散连接多糖或蛋白质的含水凝胶的最初结构。接着，这种基质支撑细胞生长，活细胞要么在凝胶中打印，要么后期添加进去。

为了形成这种基质，科学家通过打印喷嘴推出液态分子，接着交叉链接到不同浓度的凝胶当中，凝胶的浓度通过将其暴露于化学物质之下或利用光等形式的刺激来调节。但在混合物变硬，能成功组织所需的精细形状之前，他们往往会流失或坍塌。

为了解决这一问题，Feinberg等人决定尝试用混合胶原蛋白制成的泥浆来打印凝胶。这种新方法奏效了，该方法称为悬浮凝胶的自由可逆嵌入（FRESH）。半固态的泥浆（室温下半固化）在打印物体的地方硬化。由于这种泥浆的熔点远低于物体的熔点，当温度升高至37oC时就会熔化，相关结果发表于今日的《科学进展》（Science Advances）期刊。该期刊上周报道了UFThomas Angelini实验室的一项类似打印方法，采用合成材料制成可用清水洗掉的支撑凝胶。

为了检验这种FRESH系统，Feinberg等人根据核磁共振和显微图像打印了真实器官副本。他们制作了一个迷你型的人类大脑和一只幼鸡的心脏，这两者的尺寸都只有实际尺寸的1/4。他们还制作了一个不足一毫米厚的分支模式动脉壁。该团队喜欢用不同材料打印了这些结构，包括胶原蛋白和纤维蛋白（这两种结构蛋白都发现于人体内），以及在食品、工业、医药行业中广泛作为增稠剂或结构剂的海藻酸钠（海藻衍生物）。除了利用单一材料制备更加复杂的结构之外，FRESH系统还可以同时打印多个材料。

康奈尔大学生物医学工程师Jonathan Butcher采用了另外一种方法来开发3D打印心脏瓣膜，心脏瓣膜具有令人印象深刻的动脉树结构。“我不知道是否可以用我们的方法来制造这种几何结构。能够用于制造的材料的复杂性是非常惊人的。”Butcher如是说。

更甚的是，Feinberg等人采用开源机械和软件使这一过程显得很廉价。他们采用一种廉价的商用打印机，并用其来制作自定义的挤出机头。现在，其他研究人员可以使用不足500美元的基础FRESH，Feinberg实验室研究生、该论文第一作者Thomas Hinton如是说。

FRESH的下一个主要障碍是将活细胞注入到凝胶矩阵当中。Feinberg等人已经证明了，细胞可以在FRESH过程中存活。但该论文的模型器官中不含有细胞，只是模仿了人体部件的外表面。为了验证体内的功能性，打印组织需要复杂的内部结构，并填充活细胞，在某些情况下甚至支架上要有多层细胞。

Feinberg说，目前，研究人员正努力将活细胞纳入到该矩阵当中，以创建功能性的心脏肌肉。下一个目标是开发能够修复心脏缺陷的心脏肌肉“补丁”。短期内，这样的人工组织可以帮助研究人员在实验室内研究疾病过程，并测试新药。最终，打印心脏肌肉可能可以修复心脏病发作的损伤，并对促进人体血液流动。

同时，Feinberg说他希望这种方法尽可能的广泛应用。“我希望其他人可以采取这种方式，并加以实现。即使是以我无法想象的方式。”

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮