斯图加特大学研究团队在再生医学领域取得突破，获Carl-Zeiss-Stiftung提供180万欧元资助，启动“3D Endoscopic Microfabrication”项目，探索体内3D打印新技术。该研究通过光纤与微光学技术，实现直接在人体内打印生物组织，有望革新组织修复方式，减少手术植入需求，推动再生医学与光学工程融合发展，为未来体内组织再生开辟新路径。
斯图加特大学研究推进体内3D打印，获180万欧元新资助
斯图加特大学的一个新研究团队正在进行一项研究，目标是在人体内直接进行组织的3D打印。
该项目由应用光学研究所（Institute of Applied Optics）的安德烈亚·图卢兹博士（Dr. Andrea Toulouse）领导，并获得了来自卡尔·蔡司基金会（Carl-Zeiss-Stiftung，简称CZS）“CZS Nexus”项目的180万欧元资助。这笔资金使图卢兹博士得以建立一个专注于微光学与光纤3D打印的青年研究团队。
该团队名为“3D内窥镜微制造”（3D Endoscopic Microfabrication，简称3DEndoFab），已于2025年10月1日正式启动。团队由两名工程学博士研究人员和一名生物技术博士研究人员组成，形成了一个跨学科团队，连接了光学技术与生命科学领域。
这项研究标志着将光学工程与再生医学结合的重要一步，未来可能重新定义外科医生和临床医生在组织修复方面的工作方式。如果研究成功，将有望实现无需侵入性植入手术、直接在人体内实现组织再生的技术。
“领导我自己的独立青年研究团队，让我能够在责任与自由并行的环境下推动内窥镜3D打印的发展。”图卢兹博士表示。
安德烈亚·图卢兹博士的研究领域包括微光学与光纤3D打印。照片来自斯图加特大学 / Uli Regenscheit。
将3D打印微型化，走进人体内部
目前的3D打印技术已经可以利用基于光的工艺制造活性材料，例如软骨、肌肉或肺组织。然而，这些方法仍然依赖大型实验室级别的打印设备，因此打印完成后的组织必须通过植入的方式进入人体。3DEndoFab团队希望突破这一限制，开发足够微小的工具，使其能够在组织所需的位置直接进行体内打印。
该项目的核心挑战在于微型化。团队的目标是设计一种可以通过光纤操作的光基3D打印系统，使用生物相容性材料，而非通常用于微制造的不可降解光刻树脂。
其中一个关键目标是制造一种微观光学元件——其尺寸大约如同一粒盐——能够安装在光纤末端，精确控制光线，以微米级精度构建复杂的类组织结构。
除了组织工程应用外，研究人员还希望这种方法能为生物学研究提供新工具，例如用于观察细胞如何在精细结构表面上生长和自组织。
该项目建立在此前“EndoPrint3D”项目成果的基础上。在那项研究中，图卢兹博士与阿洛伊斯·赫克默教授（Prof. Alois Herkommer）、迈克尔·海曼教授（Prof. Michael Heymann）以及哈拉尔德·吉森教授（Prof. Harald Giessen）合作，证明了通过光纤使用超短飞秒激光脉冲实现3D打印的可行性。
在这一基础上，3DEndoFab团队将进一步探索哪些光学打印方法最适合生物医学应用，以及如何使这些系统实现微创化与高可靠性。
图卢兹博士的团队将与生物材料与生物分子系统研究所（Institute for Biomaterials and Biomolecular Systems）的海曼教授密切合作，解决研究中的生物学问题。同时，该团队还将参与图宾根-斯图加特仿生智能网络（Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart，BITS），并为斯图加特大学的“生物医学系统与健康机器人”研究计划做出贡献。
通过融合光学、工程学与生物学，3DEndoFab旨在开启一个新方向——未来，受损的组织或许可以直接在人体内部通过光线重建或再生，在微观尺度上用“光”创造生命。
研究人员使用极细的光纤进行3D打印。图中展示了光纤与铅笔芯的对比。照片来自斯图加特大学 / ITO / Andrea Toulouse / Marco Wende。
3D打印进入生命系统内部
最初，3D打印被用于在体外构建组织，如今它正逐步进入生命体系内部，研究者正在探索在细胞与器官中直接打印结构的新方法。
来自斯洛文尼亚约瑟夫·斯特凡研究所（J. Stefan Institute）和卢布尔雅那大学（University of Ljubljana）的研究人员，首次在科学上实现了在活细胞内部直接进行3D打印。他们采用一种称为双光子聚合（two-photon polymerization）的技术，在实验中向HeLa细胞中注入一滴光刻树脂，然后使用780 nm波长的飞秒激光以亚微米精度固化材料，制造出诸如微型激光器、光学条码，甚至一个10微米大小的微型大象模型等结构。
相关研究已发表在arXiv上。实验结果显示，这一过程在保留细胞完整性的同时实现了打印，其中超过一半的细胞仍保持存活，部分细胞甚至能够正常分裂。该方法证明了在不破坏细胞自然功能的前提下，可以在活细胞内制造复杂的微型器件，为从内部研究与工程化生物系统开辟了新途径。
在美国，加州理工学院（California Institute of Technology，简称Caltech）的研究人员开发了一种名为深层组织体内声学打印（Deep Tissue In Vivo Sound Printing，DISP）的技术，该方法利用聚焦超声波在活体组织内实现聚合物的3D打印。
这一技术依赖于温度敏感脂质体：当脂质体被超声加热时，会释放交联剂，从而在目标区域引发聚合物固化。研究人员还利用来源于细菌的**气泡囊泡（gas vesicles）**作为超声对比剂，以实时监测打印过程。
利用这种方法，研究团队在小鼠膀胱肿瘤附近打印了载有阿霉素（doxorubicin）药物的水凝胶结构，其抗肿瘤细胞死亡率明显高于传统药物注射方式，展示了该技术在无创、靶向体内制造方面的潜力。
