直径仅2.7毫米！麦吉尔大学推出微创生物打印新设备

       2025年10月，加拿大蒙特利尔麦吉尔大学（McGill University）的一支工程师与外科医生团队，成功研发出世界上最小的3D生物打印机——Minimally Invasive In Situ Bioprinter（MIISB）。这款设备宽度仅2.7毫米，可直接在手术过程中进入患者咽喉，原位打印水凝胶（hydrogel），用于修复受损的声带组织。



     这项研究以《A continuum robotic bioprinter for in situ vocal fold repair》为题，已发表在学术期刊 Device 上，并获得美国国立卫生研究院（NIH）资助。该技术有望显著提升声带术后恢复质量，减少瘢痕形成，帮助患者更快恢复说话能力。

声带损伤困扰数亿人，传统治疗存在局限
     全球约有3%至9%的人口在一生中会遭遇嗓音障碍。这类问题通常由声带上的囊肿、增生或癌症引起。外科医生在切除病变组织时，难免造成微小创伤，可能引发纤维化（fibrosis）——即声带组织变硬，导致发声困难甚至失声。目前，临床尝试使用水凝胶促进组织再生，以减少瘢痕。但传统注射方式难以精准控制材料分布，尤其在声带这样微小且敏感的区域，效果有限。手动注射容易偏离目标位置，影响治疗效果。

柔性机械臂实现精准打印
    为解决这一难题，麦吉尔团队设计出一款微型3D生物打印机MIISB。其前端配备一个类似“象鼻”的柔性机械臂，通过细缆控制实现灵活运动。这种结构可在狭窄空间内稳定操作，配合外科手术显微镜，经患者口腔进入喉部。


△微创原位生物打印机概述

设备喷嘴可精确“绘制”宽度仅为1.2毫米的线条，重复定位精度极高。外科医生可通过手动控制实时调整打印路径，在复杂曲面的声带上精准填充缺损区域。

研究第一作者、生物医学工程师Swen Groen表示：“我们的设计兼顾打印精度与医生操作体验，它能无缝融入现有手术流程，在受限环境中提供实时手动操控能力。”

实验证明：可精准重建声带形态
研究人员先在平面表面测试打印能力，成功“画出”螺旋、心形和字母等2D图案。随后在模拟声带的训练模型上进行验证，MIISB能够准确重建声带几何结构，填充因病变切除后形成的空腔，甚至完成整条声带的形态复原。


△利用 MIISB进行3D打印演示。

共同作者、麦吉尔大学生物医学工程师Audrey Sedal指出：“这个设备最令人印象深刻的是它的稳定性，它本质上是一根细软管，但不像花园水管那样充液后会乱甩，而是表现得非常可控。”

迈向临床
目前，MIISB由外科医生手动操控。团队已开始在动物模型中测试设备与水凝胶的生物相容性与安全性，这是迈向人体临床试验的关键一步。后续研究将评估打印材料在活体组织中的整合效果，以及设备在真实手术环境下的表现。


△临床工作流程概述。上图：使用MIISB进行悬吊喉镜检查。下图：使用MIISB重建声带几何形状的手术过程。

麦吉尔大学生物医学工程师Luc Mongeau表示：“我们的目标是将这项技术带入临床，下一步是动物实验，如果顺利，我们将推进到人体临床试验，评估生物打印机与水凝胶的实际疗效。”

未来展望
研究团队计划开发新一代MIISB，结合手动与自主控制模式，实现术中实时自适应调整。他们也在优化打印精度，并探索新型生物墨水，包括可携带活细胞的配方，未来有望用于角膜、神经或其他精细组织的原位修复。MIISB的出现，标志着原位生物打印技术向临床转化迈出重要一步。它不仅是一项工程突破，更可能重塑头颈外科的治疗方式，让更多嗓音障碍患者重获清晰言语的能力。