对于很多终末期疾病而言，器官移植是最好的治疗方案，但却面临着供体来源有限、免疫排斥反应等问题。因此，通过生物制造方法制造人造器官具有广阔的应用前景，但是制造出高密度（/mL）细胞结构并保持其活性，是将人造器官应用于治疗时所面临的重大挑战。
哈佛大学JenniferLewis团队于年在ScienceAdvances期刊发表题为“Biomanufacturingoforgan-specifictissueswithhighcellulardensityandembeddedvascularchannels”的文章，报道了一种3D打印工艺（SWIFT，sacrificialwritingintofunctionaltissue），构建了高细胞密度、血管化、功能性的类心肌组织。这项技术能够快速成形个性化血管化的器官特异性组织，为患者提供了新的治疗方案。
为了使人造器官能够达到用于治疗的效果，在制造过程中需要将上亿细胞快速组成具有功能性的微结构单元，同时还需要在其中构建出血管通道为组织提供养分。但是对于目前的研究来说，因为缺乏血管网络，工程化人体组织的厚度被限制在几百个微米以内。
通过多材料3D生物打印和立刻光刻技术能够制造三维血管化组织（厚度约1cm），但它们缺乏实现生理相关功能所必需的细胞密度和复杂微结构。传统的3D打印墨水是将细胞吹散悬混在凝胶中，这种墨水的细胞密度比人体组织通常会低一到两个数量级。
构建具有与人体器官相似特征的类器官是目前的一个热门研究方向，通常来说会通过iPSC细胞培养、诱导分化组成所需的拟胚体（EBs），然后将拟胚体作为器官构建单元（OBB，Organbuildingblocks）去制造个性化器官特异性组织。
悬浮3D打印技术能够在脱细胞水凝胶和硅胶基质中打印一种粘弹性、牺牲性的墨水。打印后，固化基质，除去牺牲墨水，生成一个相互连通的三维通道网络。然而，迄今为止，这些方法仅用于构建无细胞基质或低细胞密度基质。
Lewis团队在iPSC细胞分化的OBB基质中通过SWIFT工艺，构造具有高细胞密度（2×/mL）、成熟度和所需功能的血管化器官特异性组织。SWIFT可以使用多种OBBs，包括EBs、类器官和多细胞球体，为创造个性化含血管通道的器官特异性组织开辟了新的途径，也为治疗应用提供了新的思路。
1.SWIFT技术流程
贴壁培养iPSC细胞，转移至微孔板中大批量制备EBs（OBBs），将其与特制的ECM（I型胶原-Matrigel）在低温下（0-4℃）混合，离心压实，形成高密度（约2×/mL）的组织基质，在基质中打印明胶牺牲墨水，将温度升高至37℃加热，去除融化的明胶，使用外接泵灌流含氧介质。
SWIFT技术流程图
2.基质、牺牲墨水的流变性与血管通道打印
通过设计组织基质的组成和牺牲墨水的流变性，SWIFT能够沿任意方向打印血管通道。由EBs（平均直径μm）制备的OBB-ECM基质具有很明显的剪切稀化性质，且基质表现出自愈合的特性。2℃下基质表现出类固体的性质，当基质升温至37℃后，ECM受热产生纤维状凝胶，占据了OBB之间的间隙，能够在去除牺牲墨水的过程中维持结构完整性，并在后续灌流过程中承受压力。明胶牺牲墨水的剪切屈服应力需要比基质的剪切屈服应力高至少一个数量级以便于血管全方位成形。
打印过程使用了一个μm的喷嘴，将墨水挤出速度固定，通过改变喷嘴的移动速度，打印出不同直径的血管（μm-1mm）。此外，两条血管之间还可以实现无缝连接，从而形成分支血管网络。其中，当打印的血管直径接近OBB特征直径时，血管的打印精度会有所下降，因此使用更小的EBs可以实现更高的打印分辨率。对于实验中选取的喷嘴移动速度(0.5至4mm/s)，喷嘴施加的剪应力对细胞活性或基质完整性几乎没有负面影响。
SWIFT基质和墨水的流变性
通过SWIFT在EB组织基质内悬浮打印分支血管网络。
3.通道灌流与表征
为确定血管通道对组织活性的影响，在灌流室内分别对含血管组织和无血管组织进行灌流测试。无血管组织中心的细胞12小时内便已经死亡，活细胞主要存在于组织外围约0.8mm厚的薄层中，血管化组织通过腔内灌流提高了整个组织的细胞活性。灌流培养基的氧含量差异（常氧21%O2，5%CO2/高氧95%O2，5%CO2）对细胞存活率影响较小。
在一4mm厚、单入单出的模具中装入EB-ECM，在其中打印分支、分级的通道网络，用高氧培养基以μL/min的速度灌流12h，血管通道保持通常，相邻的OBB之间融合重塑，大部分组织都保持存活。
SWIFT制备血管化EB组织
4.血管化功能性类心肌组织构建与表征
制备iPSC细胞来源的心肌OBB（心肌细胞79±6%，间质细胞19±6%），与ECM和人类新生儿真皮成纤维细胞（HNDFs）混合，离心压实后制成心肌组织基质（心肌细胞2.4×/mL，间质细胞1.8×/mL），培养7天后组织结构能够自发、同步跳动（约0.33Hz）。
在基质中打印分支血管通道，灌流速度μL/min，剪应力约0.8dyn/cm。灌流1天后，大块组织仍然存活。培养8天后，心肌组织内大量形成定向排列的肌节结构，同时收缩性增加了20倍以上。在培养基中加入2mM钙离子可使跳动幅度增大40%。通过位于组织两侧的铂电极施加电刺激，组织能够作出相应的反应。通过管道灌流10-5M异丙肾上腺素（isoproterenol）可使组织跳动频率增加一倍，灌流1mM的1-庚醇（1-heptanol）可使组织收缩幅度降低。
从NIH3DPrintExchange获得心脏结构数据，使用3D打印以1:2的比例制作了一块心肌模型，在模型中填充了致密的心脏OBB基质后，通过SWIFT在其中打印了左前降支冠状动脉的几何结构。
SWIFT制备血管化心肌组织
在这项研究中，JenniferLewis团队开发了一种新型生物制造方法SWIFT，通过在iPSC细胞衍生的OBBs基质中进行悬浮打印，再将打印的墨水牺牲融化，从而实现血管化类心肌组织的制造，这种类心肌组织具有接近天然组织的细胞密度、微结构和功能。该方法能够创建任意体积和形状的血管化器官特异性组织，是一种可用于器官治疗、非常有潜力的生物制造方法。
Skylar-Scott,MarkA.,SebastienG.M.Uzel,LucyL.Nam,JohnH.Ahrens,RyanL.Truby,SaritaDamaraju,andJenniferA.Lewis.BiomanufacturingofOrgan-SpecificTissueswithHighCellularDensityandEmbeddedVascularChannels.ScienceAdvances5,no.9(Sep):eaaw.