Science：新研究开发出深层组织体内声打印平台，有望实现精确的药物递送

想象一下，医生可以精确地打印出微型胶囊，将组织修复所需的细胞准确地递送到跳动的心脏中的特定位置。

如今，在一项新的研究中，由加州理工学院领导的一个研究团队向这一终极目标迈出了重要一步，他们开发出了一种在活的动物体内深处特定位置三维打印聚合物的方法。该技术依靠声音进行定位，已被用于打印实现选择性药物递送的聚合物胶囊，以及用于密封内部伤口的胶状聚合物。相关研究结果发表在Science杂志上。

在此之前，科学家们曾用红外线触发聚合反应，即在活的动物体内将聚合物的单体连接起来。论文通讯作者、加州理工学院医学工程教授Wei Gao说，“但红外线的穿透力非常有限。它只能到达皮肤下方。我们的新技术可以穿透深层组织，打印出各种材料，应用范围非常广泛，同时还能保持良好的生物相容性。”

Gao 和他的同事们在这项新的研究中报告了他们的新型体内三维打印技术。除了用于药物和细胞递送的生物粘性凝胶和聚合物外，这篇论文还介绍了这种技术在打印生物电水凝胶（bioelectric hydrogel）方面的应用，其中生物电水凝胶是一种内嵌导电材料的聚合物，可用于内部监测生理生命体征，如心电图（ECG）。

一个新想法的起源

为了找到一种实现深层组织体内打印的方法，Gao 和他的同事们转向了超声波，这是一种在生物医学中广泛用于深层组织穿透的平台。但他们需要一种方法，只有在需要时才能在特定位置触发交联（单体结合）。

他们想到了一种新方法：将超声波与低温敏感性脂质体相结合。这种脂质体是具有脂肪保护层的球形细胞状囊泡，通常用于药物递送。在这项新研究中，他们在脂质体中添加了交联剂，并将其嵌入一种聚合物溶液中，这种聚合物溶液含有他们想要打印的聚合物单体、一种成像对比剂（可显示交联发生的时间）以及他们希望递送的货物，比如治疗性药物。此外，还可以加入其他成分，如细胞和诸如碳纳米管或银之类的导电材料。然后将这种复合生物墨水直接注入体内。

稍稍升高温度即可触发打印

这种脂质体颗粒对低温敏感，这意味着只需使用聚焦超声波将较小的目标区域的温度提高约5℃，就能触发有效载荷的释放和启动聚合物打印。

Gao说，“将温度提高几摄氏度就足以让脂质体颗粒释放出我们的交联剂。在释放相关成分的地方，就会发生局部聚合或印刷。”

该研究团队使用从细菌中提取的气体囊泡作为成像对比剂。这些囊泡是充满空气的蛋白胶囊，在超声成像中表现得非常强烈，并且对液态单体溶液交联形成凝胶网络时发生的化学变化非常敏感。当这种转变发生时，超声波成像检测到的这些囊泡实际上会改变对比度，这样就能轻松识别聚合交联发生的时间和准确位置，从而定制在活的动物中打印的图案。他们将这种新技术称为深层组织体内声打印（deep tissue in vivo sound printing, DISP）平台。

当该研究团队利用 DISP 平台在小鼠膀胱肿瘤附近打印出装有多柔比星（一种化疗药物）的聚合物时，他们发现与通过直接注射药物溶液来接受药物治疗的小鼠相比，几天内肿瘤细胞死亡的数量大大增加。

Gao说，“我们已经在小型动物身上证明，我们可以打印出用于治疗肿瘤的药物装载水凝胶。下一阶段，我们将尝试在更大的动物模型中打印，希望在不久的将来，我们能在人类身上进行评估。”

该研究团队还认为，机器学习可以增强 DISP 平台精确定位和应用聚焦超声波的能力。Gao说，“未来，在人工智能的帮助下，我们希望能够在运动器官（如跳动的心脏）内自主触发高精度打印。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Elham Davoodi et al, Imaging-guided deep tissue in vivo sound printing, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adt0293.