在過去的10年中，生物列印技術引起了人們極大的興趣，因為理論上它可以允許醫生通過病人自身細胞列印替代器官，來解決器官短缺和器官免疫排斥這2個問題。有朝一日，如果 3D 列印功能性器官能夠實現，那將能夠治療全球數百萬患者。
探索人體器官更複雜的結構
「我們預計生物列印將在未來20年內成為醫學的重要組成部分。」Miller 說。
2015 年，Miller和賓夕法尼亞大學外科助理教授Pavan Atluri領導的研究團隊使用糖、矽膠和3D印表機，創建了一個包含錯綜複雜血管網路的植入物，為創建可移植的替代組織和器官奠定了基礎。
雖然當時的這些「作品」看起來並不像器官中的血管，但它們具有移植器官相關的一些關鍵特徵。
2016 年，Miller領導的萊斯大學生物工程研究團隊創造性地改良商用級 CO2 鐳射切割機，創建了OpenSLS平臺，這是一種開源的選擇性鐳射燒結平臺，可以從粉末塑膠和生物材料中列印複雜的 3D 物體。
OpenSLS的工作原理與大多數傳統的基於擠壓的3d印表機不同。傳統的3d印表機在列印二維圖形時，是通過針擠壓融化的塑膠來創建物體，然後從連續的二維層構建三維物件。相比之下，SLS 鐳射照射到塑膠粉末的平板上，會在鐳射焦點處熔化或燒結粉末，形成小體積的固體材料。一層完成後，會鋪上一層新的粉末，循環往復。由於燒結的物體完全由三維粉末支撐，這種技術能夠產生其他 3D 列印技術根本無法生產的極其複雜的結構。
2017年，Miller和貝勒醫學院生物物理學家Mary Dickinson實驗室的一個團隊展示了如何使用人體內皮細胞和間充質幹細胞來啟動脈管形成的過程。研究證實了這些由「誘導多能幹細胞」分化成的內皮細胞具有形成毛細管樣結構的能力，無論是在稱為纖維蛋白的天然材料中，還是在稱為明膠甲基丙烯酸酯的半合成材料中。
2018年，Miller和萊斯大學生物工程師Omid Veiseh一起嘗試將細胞療法應用與先進的3D列印技術相結合，用於1型糖尿病治療。他們開發的容納胰島細胞和底層血管網路的3D列印水凝膠，能夠保護植入的胰島細胞免受免疫系統影響的封裝材料，同時讓細胞生長和應對環境變化。
而在最新的這項研究中，為了設計出複雜的肺臟結構，Miller還與麻薩諸塞州一家設計公司Nervous System的聯合創始人Jessica Rosenkrantz和Jesse Louis-Rosenberg合作。
「當初我們創立 Nervous System 時，目標是將自然界中的演算法應用於設計產品的新方法，」Rosenkrantz 說。「沒想到現在我們有機會設計活組織。」
Miller表示，新的生物列印系統也可以產生血管內特徵，如只允許血液向一個方向流動的二尖瓣。在人體中，血管內瓣膜存在於心臟、腿靜脈和淋巴系統中。「通過增加多種脈管和脈管內結構，我們為工程活組織引入了一套廣泛的設計自由。」Miller 說，「我們現在可以自由地建造身體中發現的許多錯綜複雜的結構。」
研究團隊正在通過一家名為Volumetric的休斯頓創業公司將研究的關鍵方面商業化。Miller的實驗室也已經在使用新的設計和生物列印技術來探索更複雜的結構。「我們對人體結構的探索才剛剛開始，我們還有很多東西需要學習。」
而一貫支援開源3D列印技術的Mille也表示，發表在Science雜誌上的所有實驗資料均可免費獲得。此外，用於構建立體光刻設備所需的所有 3D 列印檔案，以及本次研究中列印的每個水凝膠的設計檔，均是可獲取的。
「開放水凝膠的設計檔，將允許其他人繼續探索我們的努力內容，甚至他們會使用一些今天不存在的未來 3D 列印技術。」Miller 說。
