B I O P R I N T I N G · 生 醫 列 印 研 發
細胞也能被列印,但它能活嗎?
By TY 3D PRINTING · June 30, 2026
B I O P R I N T I N G · 生 醫 列 印 研 發
By TY 3D PRINTING · June 30, 2026
生物列印(3D bioprinting)技術走到今天,已經能做到讓人瞠目結舌的事 → 印出骨骼、耳廓、血管,甚至含有活細胞的組織。但一個根本的問題始終橫亙在研究者面前:印出來的,能活多久?
近期,兩個來自頂尖機構的研究團隊,各自從不同角度正面迎擊這個難題,研究成果分別發表於國際頂尖期刊 Light: Science & Applications 與 Nature Chemical Engineering。
在進入研究細節之前,先看這段 TEDx 演講,由 VoxCell BioInnovation 副總裁 Kevin Vos,用最清楚的方式說明生物列印的潛力:
問題的核心|組織為什麼會「死」
人體中,每一顆細胞距離最近的微血管不超過約 100 至 200 微米(micrometers),大約是兩根頭髮的厚度。這條供應線負責輸送氧氣與養分、帶走代謝廢物。一旦細胞被切斷這條補給,很快就會凋亡。
這正是生物列印長年面對的瓶頸:當列印出的組織超過一定厚度,內部細胞就因為缺乏血管網絡(vascular network)而無法存活。科學家可以印出組織的「外殼」,卻難以讓整個結構真正活起來。
突破一|列印速度與精準度的革命
瑞士聯邦理工學院(EPFL)的研究團隊,在光學期刊 Light: Science & Applications 發表重大進展。
他們改良了一種稱為「層析體積積層製造(TVAM,Tomographic Volumetric Additive Manufacturing)」的技術。這項技術的概念有點像電腦斷層掃描(CT scan)的逆向操作,不是逐層堆疊材料,而是用雷射光從多個角度照射旋轉中的光敏樹脂,讓光能在特定位置累積、瞬間固化,幾秒鐘內成形一個完整的三維結構。
◆ 核心突破:
引入新型相位光調制器(PLM,Phase Light Modulator),直接調控雷射的相位(phase),而非過去只控制亮度。這項改變讓系統的能源效率提升了 70 倍,在含有活細胞的介質中也能產生更清晰、更精確的結構。
◆ 實驗成果 :
團隊成功印出等比例的人耳模型,並完成含有人類纖維母細胞(human fibroblasts)的生物水凝膠構造。六天後的螢光共焦顯微影像顯示,細胞分布良好、存活狀態正常。
「我們的方法在效率與精準度上的突破,讓以近臨床尺度列印類組織結構終於成為可能。」
EPFL 應用光子元件實驗室(Laboratory of Applied Photonic Devices)主任 Prof. Christophe Moser
突破二|為組織「通血管」
就算列印技術再精良,組織若缺乏血管,依然難以在臨床尺度下存活。這正是聖母大學(University of Notre Dame)與哈佛醫學院(Harvard Medical School)合作研究的核心挑戰,研究成果發表於 Nature Chemical Engineering,由 Prof. Yanliang Zhang 與 Prof. Yu Shrike Zhang 主導。
◆ 混合列印系統 :
研究團隊開發了一套 hybrid bioprinting 系統,整合兩種互補技術:
擠出列印(Extrusion-based printing),負責堆疊形成組織主體的生物相容水凝膠;氣溶膠噴射列印(Aerosol Jet Printing),負責在組織內部繪製細如蜘蛛絲的「犧牲通道(sacrificial channels)」。這些通道在完成後溶解消失,留下中空的管狀網絡,再植入血管內皮細胞(vascular endothelial cells),形成功能性的血管結構。
◆ 關鍵數字 :
這套系統能印出通道寬度從 200 微米逐漸縮減至 80 微米的層次化血管網絡,並達成最細 10 微米的犧牲通道,已接近人體微血管(capillary)的尺度。
◆ AI 即時校正 :
系統整合攝影機與感測器,由機器學習演算法(machine learning algorithm)即時監控列印過程、自動修正誤差,解決傳統噴頭容易堵塞的問題。
實驗結果顯示,血管內皮細胞成功附著於通道壁並延伸生長,液體也能順利在網絡中流動。這項研究是美國國立衛生研究院(NIH,National Institutes of Health)資助的四年期計畫的一部分,初期聚焦於迷你肝臟(mini-liver)組織的培育,最終將在動物模型中測試與宿主循環系統的整合。
兩項突破的共同意義|推開同一扇門
這兩個研究看似各自獨立,但解決的是同一條問題鏈上的不同環節。
◆ EPFL 的 TVAM 技術 :
回答了「如何印得更快、更精準、不傷細胞」
◆ 聖母大學與哈佛醫學院的 hybrid bioprinting :
回答了「印完之後,組織如何透過血管網絡在內部存活」
生物列印要走到真正的臨床應用(clinical application),需要同時解決「印得好」與「活得久」兩道關卡。這兩項研究,正在從不同方向合力推開這扇門。
資料來源:
Álvarez-Castaño et al.,EPFL Laboratory of Applied Photonic Devices,發表於 Light: Science & Applications,2026年5月19日
Liao, Gallegos-Martínez et al.,University of Notre Dame & Harvard Medical School,發表於 Nature Chemical Engineering,2026
影片來源:Kevin Vos,TEDxVictoria,Printing our future: how 3D bioprinting will revolutionize medicine,2024年9月