西班牙与荷兰研究团队成功开发出新型混合生物墨水，可实现能高度模拟人体血管分层结构与部分功能的3D生物打印动脉模型。由巴斯克研究与技术联盟旗下CIC biomaGUNE研究中心、格罗宁根大学医学中心、巴斯克大学及MERLN再生医学研究所组成的团队，通过生物与合成材料结合制造出类似动脉壁的多层圆柱体结构。

人体动脉由内膜、中膜与外膜三层构成。在实验室复现这种复杂结构极具挑战，因为每层都具有独特力学与生物学特性，且多数打印血管模型会在压力下坍塌或无法模拟真实动脉行为。发表于《先进功能材料》的研究提出一种通过嵌入式3D打印制备稳定自支撑圆柱结构的方法——将生物墨水挤入柔软透明的支撑浴中固化成型。借助RegenHU的3D Discovery与GeSiM的BioScaffolder 3.1等高精度生物打印机，团队实现了同心层精确对齐并防止变形。

双生物墨水协同设计动脉结构

研究人员为此开发了两种互补生物墨水。首款"混合墨水"模拟动脉最外层外膜，由弹性热响应聚合物混合能将近红外光转化为热量的金纳米棒组成。在光照下该外层可受控收缩扩张，展现光诱导机械响应（虽非完整动脉搏动）。第二款生物墨水中膜层则采用猪肺动脉来源的脱细胞基质作为基础材料，保留胶原蛋白与弹性蛋白的自然支架为人类血管平滑肌细胞提供生长环境。团队通过引入明胶甲基丙烯酰增强其强度与生物相容性，蛋白质组学分析证实该基质保留了天然动脉关键结构蛋白。

打印交联后的双层圆柱结构保持稳定不塌陷。显微镜观察显示层间紧密粘附，活细胞成像证实平滑肌细胞在内层区域存活扩展逾两周。当结构受脉冲近红外光照射时，金纳米棒产生35°C-38°C快速热响应，引发外层可逆收缩舒张。这种光驱动响应证明混合生物墨水能模拟血管适应物理应力的机械适应过程。研究者表示该模型可用于研究动脉如何响应外部机械与热刺激，且无需依赖动物组织。

该技术虽距临床可用的小口径血管移植物仍有距离，但已展现重要进展。团队计划进一步优化墨水力学平衡性，并研究动态条件下细胞如何感知响应环境刚度。通过将无机纳米材料与生物相容基质结合，研究证实了逐层构建复杂功能组织模型的可行性，所得结构不仅能复现动脉解剖特征，更能在外部刺激下展现可调控的主动行为。

这项研究彰显了嵌入式3D打印与混合生物墨水连接工程学与生物学的潜力，该方案有望通过提供可重复控制的人体血管替代品，加速心血管疾病研究、药物测试与组织再生进程。

血管生物打印技术进展纵览

血管生物打印领域的进步正推动实验室培养组织趋近真实功能，通过创建个性化血管网络攻克再生医学中建立可靠血液供应的重要挑战。

早在2021年，德州农工大学生物医学工程系便开发出纳米工程水凝胶生物墨水，并用于生物打印多细胞血管模型。该墨水专为挤出式生物打印中的高打印性与细胞保护设计，通过整合内皮细胞与血管平滑肌细胞复现天然血管结构与功能特性，打印后能维持细胞活性与表型近一个月。该模型准确重现血管微环境，为心血管疾病研究与药物测试提供了不依赖动物/人体试验的新平台。

近期，宾州州立大学研究者将3D生物打印与显微穿刺外科技术结合，促进受损组织可控血管化。在NIH300万美元资助下，Ibrahim Ozbolat与Dino Ravnic团队使用含血管通道的3D生物打印生物材料模板引导新血管方向与分支。通过在现有血管制造微孔的显微穿刺技术触发沿打印路径的快速血管萌发，动物实验已显示沿模板的成功血管生长，为重建外科与组织再生带来新希望。