麦吉尔大学研发出全球最小的微型生物打印机，仅 2.7 毫米宽，可通过喉镜精准输送透明质酸水凝胶到声带，帮助术后防止纤维化、改善发声能力。该设备灵感来源象鼻结构，操作灵活、可手动实时控制，目前已在模拟声带和训练模型上成功测试。未来计划结合自动化指导，并进行动物实验及临床试验，为声带手术后的康复提供创新解决方案，助力语音功能恢复。
麦吉尔大学的研究人员在美国国立卫生研究院（NIH）的资助下，开发了迄今为止报道的最小型生物打印机——宽度仅 2.7 毫米——能够在手术过程中精确地向声带输送水凝胶，从而帮助防止术后声带僵硬，并改善患者的发声能力。该研究发表在 Cell Press 期刊《Device》上。
“我们的设备不仅注重精度和打印质量，还关注外科医生的可用性，”麦吉尔大学生物医学工程师、第一作者 Swen Groen 表示。“其紧凑灵活的设计可与标准手术流程集成，并在受限的工作环境中提供实时手动控制。”
（A）用于原位生物打印的设备示意图。（B）内镜打印头照片。（C）附加硬件及控制示意图。图片来源：麦吉尔大学。
设计与功能灵感来源于自然
据新闻报道，3% 到 9% 的人群会受到声音障碍影响，这通常由声带上的肿块或病变引起。手术切除可能导致纤维化，使声带僵硬，从而使说话变得困难。为了改善水凝胶的输送，团队开发了一种微型 3D 打印机，可以通过喉镜从患者口腔进入进行操作。麦吉尔大学生物医学工程师、通讯作者 Luc Mongeau 表示：“起初我以为这是不可能的挑战——要制造一个小于 3 毫米的柔性机器人，似乎几乎不可能。”
该设备的设计灵感来自大象的象鼻：一个柔性的“鼻子”末端配有喷嘴，通过类腱索结构与控制模块连接。外科医生可以实时手动引导设备，以 1.2 毫米的线宽精确重复地涂布基于透明质酸的水凝胶，操作范围可达 20 毫米。
悬吊喉镜下使用 MIISB 的示意图。图片来源：麦吉尔大学。
测试与未来临床应用
为了测试性能，团队在平面表面上手动绘制螺旋、心形和字母等图案，然后将水凝胶应用到用于外科训练的模拟声带上。生物打印机能够准确重建组织几何形状，包括病变切除后留下的空腔，并可完整重建声带。
“让这个设备如此令人印象深刻的一部分原因在于，它的表现可预测，尽管它本质上就像一根花园水管——如果你用过水管，你就知道，当水开始流动时，它会到处乱动，”麦吉尔大学生物医学工程师、联合作者 Audrey Sedal 说道。
目前，该设备以手动控制方式运行，但团队计划集成自主导航功能。Mongeau 表示：“我们正努力将其转化为临床应用。下一步是将这些水凝胶用于动物实验，希望最终能进入人体临床试验，以测试生物打印机和水凝胶的精确性、可用性及临床效果。”
生物打印的进展
这项研究是生物打印领域更广泛趋势的一部分，研究人员和公司正在开发先进打印技术，以提高细胞存活率、精度及在各类组织中的临床适用性。
荷兰乌得勒支大学及乌得勒支大学医学中心（UMC Utrecht）由 Riccardo Levato 领导的团队开发了一种结合计算机视觉与体积打印的 3D 打印机。该系统命名为 GRACE（Generative, Adaptive, Context-Aware 3D printing），旨在提升生物打印组织中细胞的存活率和功能性，其研究发表在《Nature》上。
在瑞士，生物技术公司 TissueLabs 推出了面向先进组织应用的下一代生物打印机 TissuePro。基于其 TissueStart 平台，TissuePro 提供更高精度的多材料打印、改进的自动化功能，以及更强的灵活性，可支持再生医学、疾病建模，甚至软体机器人领域的工作。
