“我们已经达到了能够通过打印活细胞来制造医疗产品的地步，比如膝关节植入物，”北卡罗来纳州爱德华·p·菲茨工业与系统工程系副教授、该研究论文的通讯作者Rohan Shirwaiker说。“但一个挑战是如何组织打印出来的细胞，使工程组织更接近自然组织。

“我们现在已经开发出一种叫做超声波辅助生物制造(UAB)的技术，它允许我们在生物打印过程中将细胞排列在三维基质中。这使我们能够创造一个膝盖半月板，例如，它更类似于病人原来的半月板。到目前为止，我们已经能够为一系列工程肌肉骨骼组织排列细胞。”

为了排列细胞，研究人员建造了一个超声波室，允许超声波穿过生物打印机打印活细胞的区域。这些超声波沿一个方向传播，然后被反射回它们的源头，形成一个“驻波”。声波有效地将细胞排成一行，与超声波和反射波相互交叉的区域对齐。

Shirwaiker说:“我们可以通过控制超声波的参数，比如频率和振幅，来控制细胞的排列特性。”

为了证明UAB技术的可行性，研究人员创造了一个膝关节半月板，细胞排成一个半月弧——就像它们在天然半月板上一样。

Shirwaiker说:“我们能够在打印细胞的过程中，一层一层地控制细胞在整个组织中的排列。”“我们还展示了细胞排列的能力，这对其他骨科软组织，如韧带和肌腱，尤其重要。”

研究人员还发现，超声参数的某些组合会导致细胞死亡。

Shirwaiker说:“这很重要，因为它让我们清楚地了解我们可以做些什么来提高组织性能，以及为了保护活细胞我们需要避免什么。”

为此，研究人员创建了计算模型，允许用户在开始生物制造过程之前预测任何给定参数集的性能。

UAB技术的另一个好处是它相对便宜。

Shirwaiker说:“安装超声波设备有一次性成本，可以使用现成的技术。”“在那之后，超声波组件的操作成本可以忽略不计。UAB技术可以与大多数现有的生物打印技术结合使用。

Shirwaiker说:“我们正在申请UAB技术的专利，现在正在寻找行业合作伙伴来帮助我们探索商业化。”