Please wait a minute...
Submit  |   Chinese  | 
Advanced Search
   Home  |  Online Now  |  Current Issue  |  Focus  |  Archive  |  For Authors  |  Journal Information   Open Access  
Submit  |   Chinese  | 
Engineering    2015, Vol. 1 Issue (1) : 90 -112
Research |
3D Photo-Fabrication for Tissue Engineering and Drug Delivery
Rúben F. Pereira1,2,3,4,Paulo J. Bártolo1,5,6,()
1. Centre for Rapid and Sustainable Product Development (CDRsp), Polytechnic Institute of Leiria, Marinha Grande 2430-028, Portugal
2. Instituto de Investigação e Inovação em Saúde (I3S), Universidade do Porto, Porto 4200-393, Portugal
3. Instituto Nacional de Engenharia Biomédica (INEB), Universidade do Porto, Porto 4150-180, Portugal
4. Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar (ICBAS), Universidade do Porto, Porto 4050-313, Portugal
5. School of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, University of Manchester, Manchester M13 9PL, UK
6. Manchester Institute of Biotechnology, University of Manchester, Manchester M1 7DN, UK

The most promising strategies in tissue engineering involve the integration of a triad of biomaterials, living cells, and biologically active molecules to engineer synthetic environments that closely mimic the healing milieu present in human tissues, and that stimulate tissue repair and regeneration. To be clinically effective, these environments must replicate, as closely as possible, the main characteristics of the native extracellular matrix (ECM) on a cellular and subcellular scale. Photo-fabrication techniques have already been used to generate 3D environments with precise architectures and heterogeneous composition, through a multi-layer procedure involving the selective photocrosslinking reaction of a light-sensitive prepolymer. Cells and therapeutic molecules can be included in the initial hydrogel precursor solution, and processed into 3D constructs. Recently, photo-fabrication has also been explored to dynamically modulate hydrogel features in real time, providing enhanced control of cell fate and delivery of bioactive compounds. This paper focuses on the use of 3D photo-fabrication techniques to produce advanced constructs for tissue regeneration and drug delivery applications. State-of-the-art photo-fabrication techniques are described, with emphasis on the operating principles and biofabrication strategies to create spatially controlled patterns of cells and bioactive factors. Considering its fast processing, spatiotemporal control, high resolution, and accuracy, photo-fabrication is assuming a critical role in the design of sophisticated 3D constructs. This technology is capable of providing appropriate environments for tissue regeneration, and regulating the spatiotemporal delivery of therapeutics.

Keywords 3D photo-fabrication      biomaterials      tissue engineering      drug delivery     
Corresponding Authors: Paulo J. Bártolo   
Just Accepted Date: 31 March 2015   Issue Date: 03 July 2015
E-mail this article
E-mail Alert
Articles by authors
ben F. Pereira
Paulo J. Bá
Cite this article:   
Rú,ben F. Pereira,Paulo J. Bá, et al. 3D Photo-Fabrication for Tissue Engineering and Drug Delivery[J]. Engineering, 2015, 1(1): 90 -112 .
URL:     OR
1   F. P. W. Melchels, M. A. N. Domingos, T. J.  Klein, J. Malda, P. J.  Bartolo, D. W.  Hutmacher. Additive manufacturing of tissues and organs. Prog. Polym. Sci., 2012, 37(8): 1079–1104
2   A. Ranga, M. P.  Lutolf. High-throughput approaches for the analysis of extrinsic regulators of stem cell fate. Curr. Opin. Cell Biol., 2012, 24(2): 236–244
3   A. Khademhosseini, R. Langer, J. Borenstein, J. P.  Vacanti. Microscale technologies for tissue engineering and biology. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2006, 103(8): 2480–2487
4   R. S.  Tuan, G. Boland, R. Tuli. Adult mesenchymal stem cells and cell-based tissue engineering. Arthritis Res. Ther., 2003, 5(1): 32–45
5   D. J.  Newman, G. M.  Cragg. Natural products as sources of new drugs over the 30 years from 1981 to 2010. J. Nat. Prod., 2012, 75(3): 311–335
6   P. X.  Ma. Biomimetic materials for tissue engineering. Adv. Drug Deliv. Rev., 2008, 60(2): 184–198
7   R. F.  Pereira, C. C.  Barrias, P. L.  Granja, P. J.  Bartolo. Advanced biofabrication strategies for skin regeneration and repair. Nanomedicine (Lond), 2013, 8(4): 603–621
8   R. Passier, L. W.  van Laake, C. L.  Mummery. Stem-cell-based therapy and lessons from the heart. Nature, 2008, 453(7193): 322–329
9   R. S.  Kirsner, W. A.  Marston, R. J.  Snyder, T. D.  Lee, D. I.  Cargill, H. B.  Slade. Spray-applied cell therapy with human allogeneic fibroblasts and keratinocytes for the treatment of chronic venous leg ulcers: A phase 2, multicentre, double-blind, randomised, placebo-controlled trial. Lancet, 2012, 380(9846): 977–985
10   P. J.  Bártolo, C. K.  Chua, H. A.  Almeida, S. M.  Chou, A. S. C. Lim. Biomanufacturing for tissue engineering: Present and future trends. Virtual Phys. Prototyp., 2009, 4(4): 203–216
11   D. W.  Hutmacher. Scaffolds in tissue engineering bone and cartilage. Biomaterials, 2000, 21(24): 2529–2543
12   D. Puppi, F. Chiellini, A. M.  Piras, E. Chiellini. Polymeric materials for bone and cartilage repair. Prog. Polym. Sci., 2010, 35(4): 403–440
13   H. Cao, N. Kuboyama. A biodegradable porous composite scaffold of PGA/β-TCP for bone tissue engineering. Bone, 2010, 46(2): 386–395
14   N. T.  Khanarian, N. M.  Haney, R. A.  Burga, H. H.  Lu. A functional agarose-hydroxyapatite scaffold for osteochondral interface regeneration. Biomaterials, 2012, 33(21): 5247–5258
15   F. P. W. Melchels,  The influence of the scaffold design on the distribution of adhering cells after perfusion cell seeding. Biomaterials, 2011, 32(11): 2878–2884
16   J. W.  Lee, K. S.  Kang, S. H.  Lee, J. Y.  Kim, B. K.  Lee, D. W.  Cho. Bone regeneration using a microstereolithography-produced customized poly(propylene fumarate)/diethyl fumarate photopolymer 3D scaffold incorporating BMP-2 loaded PLGA microspheres. Biomaterials, 2011, 32(3): 744–752
17   K. Kim, D. Dean, J. Wallace, R. Breithaupt, A. G.  Mikos, J. P.  Fisher. The influence of stereolithographic scaffold architecture and composition on osteogenic signal expression with rat bone marrow stromal cells. Biomaterials, 2011, 32(15): 3750–3763
18   P. Bajaj, R. M.  Schweller, A. Khademhosseini, J. L.  West, R. Bashir. 3D biofabrication strategies for tissue engineering and regenerative medicine. Annu. Rev. Biomed. Eng., 2014, 16(1): 247–276
19   R. F.  Pereira, P. J.  Bártolo. Recent advances in additive biomanufacturing. In: S. H.  Masood, ed. Comprehensive Materials Processing, Volume 10: Advances in Additive Manufacturing and Tooling. Oxford: Elsevier, 2014: 265–284
20   V. Mironov, R. P.  Visconti, V. Kasyanov, G. Forgacs, C. J.  Drake, R. R.  Markwald. Organ printing: Tissue spheroids as building blocks. Biomaterials, 2009, 30(12): 2164–2174
21   J. W.  Nichol, A. Khademhosseini. Modular tissue engineering: Engineering biological tissues from the bottom up. Soft Matter, 2009, 5(7): 1312–1319
22   S. V.  Murphy, A. Atala. 3D bioprinting of tissues and organs. Nat. Biotechnol., 2014, 32(8): 773–785
23   Y. B.  Lee,  Bio-printing of collagen and VEGF-releasing fibrin gel scaffolds for neural stem cell culture. Exp. Neurol., 2010, 223(2): 645–652
24   M. P.  Lutolf. Materials science: Cell environments programmed with light. Nature, 2012, 482(7386): 477–478
25   K. T.  Nguyen, J. L.  West. Photopolymerizable hydrogels for tissue engineering applications. Biomaterials, 2002, 23(22): 4307–4314
26   I. Mironi-Harpaz, D. Y.  Wang, S. Venkatraman, D. Seliktar. Photopolymerization of cell-encapsulating hydrogels: Crosslinking efficiency versus cytotoxicity. Acta Biomater., 2012, 8(5): 1838–1848
27   C. A.  DeForest, B. D.  Polizzotti, K. S.  Anseth. Sequential click reactions for synthesizing and patterning three-dimensional cell microenvironments. Nat. Mater., 2009, 8(8): 659–664
28   K. A.  Mosiewicz,  In situ cell manipulation through enzymatic hydrogel photopatterning. Nat. Mater., 2013, 12(11): 1072–1078
29   R. F.  Pereira, P. J.  Bártolo. Photopolymerizable hydrogels in regenerative medicine and drug delivery. In: Hot Topics in Biomaterials. London: Future Science Ltd., 2014: 6–28
30   M. A.  Azagarsamy, K. S.  Anseth. Bioorthogonal click chemistry: An indispensable tool to create multifaceted cell culture scaffolds. ACS Macro Lett., 2013, 2(1): 5–9
31   M. K.  Nguyen, E. Alsberg. Bioactive factor delivery strategies from engineered polymer hydrogels for therapeutic medicine. Prog. Polym. Sci., 2014, 39(7): 1235–1265
32   K. M. C. Tsang,  Facile one-step micropatterning using photodegradable gelatin hydrogels for improved cardiomyocyte organization and alignment. Adv. Funct. Mater., 2015, 25(6): 977–986
33   F. Guillemot,  High-throughput laser printing of cells and biomaterials for tissue engineering. Acta Biomater., 2010, 6(7): 2494–2500
34   C. C.  Lin, C. S.  Ki, H. Shih. Thiol-norbornene photo-click hydrogels for tissue engineering applications. J. Appl. Polym. Sci., 2015, 132(8): 41563
35   N. Annabi,  25th anniversary article: Rational design and applications of hydrogels in regenerative medicine. Adv. Mater., 2014, 26(1): 85–124
36   S. B.  Anderson, C. C.  Lin, D. V.  Kuntzler, K. S.  Anseth. The performance of human mesenchymal stem cells encapsulated in cell-degradable polymer-peptide hydrogels. Biomaterials, 2011, 32(14): 3564–3574
37   F. R.  Maia, K. B.  Fonseca, G. Rodrigues, P. L.  Granja, C. C.  Barrias. Matrix-driven formation of mesenchymal stem cell-extracellular matrix microtissues on soft alginate hydrogels. Acta Biomater., 2014, 10(7): 3197–3208
38   M. W.  Tibbitt, A. M.  Kloxin, L. Sawicki, K. S.  Anseth. Mechanical properties and degradation of chain and step polymerized photodegradable hydrogels. Macromolecules, 2013, 46(7): 2785–2792
39   C. E.  Hoyle, C. N.  Bowman. Thiol-ene click chemistry. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2010, 49(9): 1540–1573
40   Y. Jiang, J. Chen, C. Deng, E. J.  Suuronen, Z. Zhong. Click hydrogels, microgels and nanogels: Emerging platforms for drug delivery and tissue engineering. Biomaterials, 2014, 35(18): 4969–4985
41   M. A.  Tasdelen, Y. Yagci. Light-induced click reactions. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2013, 52(23): 5930–5938
42   K. A.  Kyburz, K. S.  Anseth. Three-dimensional hMSC motility within peptide-functionalized PEG-based hydrogels of varying adhesivity and crosslinking density. Acta Biomater., 2013, 9(5): 6381–6392
43   H. Shih, C. C.  Lin. Visible-light-mediated thiol-ene hydrogelation using eosin-Y as the only photoinitiator. Macromol. Rapid Commun., 2013, 34(3): 269–273
44   B. D.  Fairbanks, M. P.  Schwartz, A. E.  Halevi, C. R.  Nuttelman, C. N.  Bowman, K. S.  Anseth. A versatile synthetic extracellular matrix mimic via thiol-norbornene photopolymerization. Adv. Mater., 2009, 21(48): 5005–5010
45   P. J.  Bártolo. Stereolithographic processes. In: P. J.  Bártolo, ed. Stereolithography. New York: Springer US, 2011: 1–36
46   N. E.  Fedorovich, M. H.  Oudshoorn, D. van Geemen, W. E.  Hennink, J. Alblas, W. J.  Dhert. The effect of photopolymerization on stem cells embedded in hydrogels. Biomaterials, 2009, 30(3): 344–353
47   A. D.  Rouillard,  Methods for photocrosslinking alginate hydrogel scaffolds with high cell viability. Tissue Eng. Part C Methods, 2011, 17(2): 173–179
48   S. J.  Bryant, C. R.  Nuttelman, K. S.  Anseth. Cytocompatibility of UV and visible light photoinitiating systems on cultured NIH/3T3 fibroblasts in vitro. J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 2000, 11(5): 439–457
49   C. G.  Williams, A. N.  Malik, T. K.  Kim, P. N.  Manson, J. H.  Elisseeff. Variable cytocompatibility of six cell lines with photoinitiators used for polymerizing hydrogels and cell encapsulation. Biomaterials, 2005, 26(11): 1211–1218
50   T. Billiet, E. Gevaert, T. De Schryver, M. Cornelissen, P. Dubruel. The 3D printing of gelatin methacrylamide cell-laden tissue-engineered constructs with high cell viability. Biomaterials, 2014, 35(1): 49–62
51   B. D.  Fairbanks, M. P.  Schwartz, C. N.  Bowman, K. S.  Anseth. Photoinitiated polymerization of PEG-diacrylate with lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate: Polymerization rate and cytocompatibility. Biomaterials, 2009, 30(35): 6702–6707
52   Z. Li,  Initiation efficiency and cytotoxicity of novel water-soluble two-photon photoinitiators for direct 3D microfabrication of hydrogels. RSC Adv., 2013, 3(36): 15939–15946
53   J. Hu,  Visible light crosslinkable chitosan hydrogels for tissue engineering. Acta Biomater., 2012, 8(5): 1730–1738
54   J. W.  Nichol, S. T.  Koshy, H. Bae, C. M.  Hwang, S. Yamanlar, A. Khademhosseini. Cell-laden microengineered gelatin methacrylate hydrogels. Biomaterials, 2010, 31(21): 5536–5544
55   W. M.  Gramlich, I. L.  Kim, J. A.  Burdick. Synthesis and orthogonal photopatterning of hyaluronic acid hydrogels with thiol-norbornene chemistry. Biomaterials, 2013, 34(38): 9803–9811
56   A. Fu, K. Gwon, M. Kim, G. Tae, J. A.  Kornfield. Visible-light-initiated thiol-acrylate photopolymerization of heparin-based hydrogels. Biomacromolecules, 2015, 16(2): 497–506
57   A. K.  Nguyen,  Two-photon polymerization of polyethylene glycol diacrylate scaffolds with riboflavin and triethanolamine used as a water-soluble photoinitiator. Regen. Med., 2013, 8(6): 725–738
58   H. Park, B. Choi, J. Hu, M. Lee. Injectable chitosan hyaluronic acid hydrogels for cartilage tissue engineering. Acta Biomater., 2013, 9(1): 4779–4786
59   P. M.  Kharkar, K. L.  Kiick, A. M.  Kloxin. Designing degradable hydrogels for orthogonal control of cell microenvironments. Chem. Soc. Rev., 2013, 42(17): 7335–7372
60   J. A.  Yang, J. Yeom, B. W.  Hwang, A. S.  Hoffman, S. K.  Hahn. In situ-forming injectable hydrogels for regenerative medicine. Prog. Polym. Sci., 2014, 39(12): 1973–1986
61   M. P.  Lutolf, J. A.  Hubbell. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nat. Biotechnol., 2005, 23(1): 47–55
62   L. Fertier,  The use of renewable feedstock in UV-curable materials–A new age for polymers and green chemistry. Prog. Polym. Sci., 2013, 38(6): 932–962
63   C. Heller,  Vinylcarbonates and vinylcarbamates: Biocompatible monomers for radical photopolymerization. J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 2011, 49(3): 650–661
64   B. Husár, R. Liska. Vinyl carbonates, vinyl carbamates, and related monomers: Synthesis, polymerization, and application. Chem. Soc. Rev., 2012, 41(6): 2395–2405
65   C. Heller, M. Schwentenwein, G. Russmueller, F. Varga, J. Stampfl, R. Liska. Vinyl esters: Low cytotoxicity monomers for the fabrication of biocompatible 3D scaffolds by lithography based additive manufacturing. J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 2009, 47(24): 6941–6954
66   J. F.  Almeida, P. Ferreira, A. Lopes, M. H.  Gil. Photocrosslinkable biodegradable responsive hydrogels as drug delivery systems. Int. J. Biol. Macromol., 2011, 49(5): 948–954
67   O. Jeon, C. Powell, L. D.  Solorio, M. D.  Krebs, E. Alsberg. Affinity-based growth factor delivery using biodegradable, photocrosslinked heparin-alginate hydrogels. J. Control. Release, 2011, 154(3): 258–266
68   S. Sahoo, C. Chung, S. Khetan, J. A.  Burdick. Hydrolytically degradable hyaluronic acid hydrogels with controlled temporal structures. Biomacromolecules, 2008, 9(4): 1088–1092
69   S. A.  Bencherif, A. Srinivasan, F. Horkay, J. O.  Hollinger, K. Matyjaszewski, N. R.  Washburn. Influence of the degree of methacrylation on hyaluronic acid hydrogels properties. Biomaterials, 2008, 29(12): 1739–1749
70   C. S.  Ki, H. Shih, C. C.  Lin. Facile preparation of photodegradable hydrogels by photopolymerization. Polymer (Guildf.), 2013, 54(8): 2115–2122
71   Q. Guo, X. Wang, M. W.  Tibbitt, K. S.  Anseth, D. J.  Montell, J. H.  Elisseeff. Light activated cell migration in synthetic extracellular matrices. Biomaterials, 2012, 33(32): 8040–8046
72   M. A.  Azagarsamy, D. D.  McKinnon, D. L.  Alge, K. S.  Anseth. Coumarin-based photodegradable hydrogel: Design, synthesis, gelation, and degradation kinetics. ACS Macro Letters, 2014, 3(6): 515–519
73   M. A.  Azagarsamy, K. S.  Anseth. Wavelength-controlled photocleavage for the orthogonal and sequential release of multiple proteins. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2013, 52(51): 13803–13807
74   N. Annabi, S. M.  Mithieux, P. Zorlutuna, G. Camci-Unal, A. S.  Weiss, A. Khademhosseini. Engineered cell-laden human protein-based elastomer. Biomaterials, 2013, 34(22): 5496–5505
75   M. S.  Bae,  Photo-cured hyaluronic acid-based hydrogels containing simvastatin as a bone tissue regeneration scaffold. Biomaterials, 2011, 32(32): 8161–8171
76   H. Zhang,  Hyperbranched polyester hydrogels with controlled drug release and cell adhesion properties. Biomacromolecules, 2013, 14(5): 1299–1310
77   Z. Mũnoz, H. Shih, C. C.  Lin. Gelatin hydrogels formed by orthogonal thiol-norbornene photochemistry for cell encapsulation. Biomaterials Science, 2014, 2(8): 1063–1072
78   K. Peng,  Dextran based photodegradable hydrogels formed via a Michael addition. Soft Matter, 2011, 7(10): 4881–4887
79   R. F.  Pereira, H. A.  Almeida, P. J.  Bártolo. Biofabrication of hydrogel constructs. In: J. Coelho, ed. Drug Delivery Systems: Advanced Technologies Potentially Applicable in Personalised Treatment. Dordrecht: Springer Netherlands, 2013: 225–254
80   N. R.  Schiele, D. T.  Corr, Y. Huang, N. A.  Raof, Y. Xie, D. B.  Chrisey. Laser-based direct-write techniques for cell printing. Biofabrication, 2010, 2(3): 032001
81   F. P. W. Melchels, J. Feijen, D. W.  Grijpma. A review on stereolithography and its applications in biomedical engineering. Biomaterials, 2010, 31(24): 6121–6130
82   R. F.  Pereira, P. J.  Bártolo. Photocrosslinkable materials for the fabrication of tissue-engineered constructs by stereolithography. In: P. R.  Fernandes, P. J.  Bártolo, eds. Tissue Engineering. Dordrecht: Springer Netherlands, 2014: 149–178
83   J. W.  Choi, R. Wicker, S. H.  Lee, K. H.  Choi, C. S.  Ha, I. Chung. Fabrication of 3D biocompatible/biodegradable micro-scaffolds using dynamic mask projection microstereolithography. J. Mater. Process. Technol., 2009, 209(15−16): 5494–5503
84   J. Torgersen, X. H.  Qin, Z. Li, A. Ovsianikov, R. Liska, J. Stampfl. Hydrogels for two-photon polymerization: A toolbox for mimicking the extracellular matrix. Adv. Funct. Mater., 2013, 23(36): 4542–4554
85   P. J.  Bártolo, G. Mitchell. Stereo-thermal-lithography: A new principle for rapid prototyping. Rapid Prototyping J., 2003, 9(3): 150–156
86   T. Patrício, R. Pereira, L. Oliveira, P. Bártolo. Polyethylene glycol and polyethylene glycol/hydroxyapatite constructs produced through stereo-thermal lithography. Adv. Mater. Res., 2013, 749: 87–92
87   P. Bartolo,  Biomedical production of implants by additive electro-chemical and physical processes. CIRP Annals—Manuf. Technol., 2012, 61(2): 635–655
88   Y. J.  Seol, D. Y.  Park, J. Y.  Park, S. W.  Kim, S. J.  Park, D. W.  Cho. A new method of fabricating robust freeform 3D ceramic scaffolds for bone tissue regeneration. Biotechnol. Bioeng., 2013, 110(5): 1444–1455
89   J. R.  Tumbleston,  Continuous liquid interface production of 3D objects. Science, 2015, 347(6228), 1349–1352
90   S. J.  Leigh,  Fabrication of 3-dimensional cellular constructs via microstereolithography using a simple, three-component, poly(ethylene glycol) acrylate-based system. Biomacromolecules, 2013, 14(1): 186–192
91   A. P.  Zhang,  Rapid fabrication of complex 3D extracellular microenvironments by dynamic optical projection stereolithography. Adv. Mater., 2012, 24(31): 4266–4270
92   A. Ovsianikov,  Laser fabrication of three-dimensional CAD scaffolds from photosensitive gelatin for applications in tissue engineering. Biomacromolecules, 2011, 12(4): 851–858
93   K. W.  Lee, S. Wang, B. C.  Fox, E. L.  Ritman, M. J.  Yaszemski, L. Lu. Poly(propylene fumarate) bone tissue engineering scaffold fabrication using stereolithography: Effects of resin formulations and laser parameters. Biomacromolecules, 2007, 8(4): 1077–1084
94   L. Elomaa, S. Teixeira, R. Hakala, H. Korhonen, D. W.  Grijpma, J. V.  Seppälä. Preparation of poly(ε-caprolactone)-based tissue engineering scaffolds by stereolithography. Acta Biomater., 2011, 7(11): 3850–3856
95   F. P. W. Melchels, J. Feijen, D. W.  Grijpma. A poly(D,L-lactide) resin for the preparation of tissue engineering scaffolds by stereolithography. Biomaterials, 2009, 30(23−24): 3801–3809
96   S. Schüller-Ravoo, S. M.  Teixeira, J. Feijen, D. W.  Grijpma, A. A.  Poot. Flexible and elastic scaffolds for cartilage tissue engineering prepared by stereolithography using poly(trimethylene carbonate)-based resins. Macromol. Biosci., 2013, 13(12): 1711–1719
97   J. W.  Lee, P. X.  Lan, B. Kim, G. Lim, D. W.  Cho. Fabrication and characteristic analysis of a poly(propylene fumarate) scaffold using micro-stereolithography technology. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater., 2008, 87B(1): 1–9
98   J. Jansen, F. P.  Melchels, D. W.  Grijpma, J. Feijen. Fumaric acid monoethyl ester-functionalized poly(D,L-lactide)/N-vinyl-2-pyrrolidone resins for the preparation of tissue engineering scaffolds by stereolithography. Biomacromolecules, 2009, 10(2): 214–220
99   T. M.  Seck, F. P.  Melchels, J. Feijen, D. W.  Grijpma. Designed biodegradable hydrogel structures prepared by stereolithography using poly(ethylene glycol)/poly(D,L-lactide)-based resins. J. Control. Release, 2010, 148(1): 34–41
100   K. Arcaute, B. Mann, R. Wicker. Stereolithography of spatially controlled multi-material bioactive poly(ethylene glycol) scaffolds. Acta Biomater., 2010, 6(3): 1047–1054
101   F. A. M. M. Gonçalves,  3D printing of new biobased unsaturated polyesters by microstereo-thermal-lithography. Biofabrication, 2014, 6(3): 035024
102   M. Dadsetan,  Effect of calcium phosphate coating and rhBMP-2 on bone regeneration in rabbit calvaria using poly(propylene fumarate) scaffolds. Acta Biomater., 2015 (in press)
103   J. H.  Shin, J. W.  Lee, J. H.  Jung, D. W.  Cho, G. Lim. Evaluation of cell proliferation and differentiation on a poly(propylene fumarate) 3D scaffold treated with functional peptides. J. Mater. Sci., 2011, 46(15): 5282–5287
104   L. Elomaa, Y. Kang, J. V.  Seppälä, Y. Yang. Biodegradable photocrosslinkable poly(depsipeptide-co-ε-caprolactone) for tissue engineering: Synthesis, characterization, and in vitro evaluation. J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 2014, 52(23): 3307–3315
105   R. Gauvin,  Microfabrication of complex porous tissue engineering scaffolds using 3D projection stereolithography. Biomaterials, 2012, 33(15): 3824–3834
106   F. Scalera, C. Esposito Corcione, F. Montagna, A. Sannino, A. Maffezzoli. Development and characterization of UV curable epoxy/hydroxyapatite suspensions for stereolithography applied to bone tissue engineering. Ceram. Int., 2014, 40(10, Part A): 15455–15462
107   L. Elomaa, A. Kokkari, T. Närhi, J. V.  Seppälä. Porous 3D modeled scaffolds of bioactive glass and photocrosslinkable poly(ε-caprolactone) by stereolithography. Compos. Sci. Technol., 2013, 74: 99–106
108   A. Ronca, L. Ambrosio, D. W.  Grijpma. Preparation of designed poly(D,L-lactide)/nanosized hydroxyapatite composite structures by stereolithography. Acta Biomater., 2013, 9(4): 5989–5996
109   F. Claeyssens,  Three-dimensional biodegradable structures fabricated by two-photon polymerization. Langmuir, 2009, 25(5): 3219–3223
110   O. Kufelt, A. El-Tamer, C. Sehring, S. Schlie-Wolter, B. N.  Chichkov. Hyaluronic acid based materials for scaffolding via two-photon polymerization. Biomacromolecules, 2014, 15(2): 650–659
111   V. Melissinaki,  Direct laser writing of 3D scaffolds for neural tissue engineering applications. Biofabrication, 2011, 3(4): 045005
112   M. T.  Raimondi,  Three-dimensional structural niches engineered via two-photon laser polymerization promote stem cell homing. Acta Biomater., 2013, 9(1): 4579–4584
113   J. W.  Lee, K. J.  Kim, K. S.  Kang, S. Chen, J. W.  Rhie, D. W.  Cho. Development of a bone reconstruction technique using a solid free-form fabrication (SFF)-based drug releasing scaffold and adipose-derived stem cells. J. Biomed. Mater. Res. A, 2013, 101A(7): 1865–1875
114   J. Jansen, M. J.  Boerakker, J. Heuts, J. Feijen, D. W.  Grijpma. Rapid photo-crosslinking of fumaric acid monoethyl ester-functionalized poly(trimethylene carbonate) oligomers for drug delivery applications. J. Control. Release, 2010, 147(1): 54–61
115   S. D.  Gittard,  Two photon polymerization-micromolding of polyethylene glycol-gentamicin sulfate microneedles. Adv. Eng. Mater., 2010, 12(4): B77–B82
116   S. D.  Gittard,  Deposition of antimicrobial coatings on microstereolithography-fabricated microneedles. JOM, 2011, 63(6): 59–68
117   Y. Lu, G. Mapili, G. Suhali, S. Chen, K. Roy. A digital micro-mirror device-based system for the microfabrication of complex, spatially patterned tissue engineering scaffolds. J. Biomed. Mater. Res. A, 2006, 77A(2): 396–405
118   P. Zorlutuna, J. H.  Jeong, H. Kong, R. Bashir. Stereolithography-based hydrogel microenvironments to examine cellular interactions. Adv. Funct. Mater., 2011, 21(19): 3642–3651
119   V. Chan, P. Zorlutuna, J. H.  Jeong, H. Kong, R. Bashir. Three-dimensional photopatterning of hydrogels using stereolithography for long-term cell encapsulation. Lab Chip, 2010, 10(16): 2062–2070
120   H. Lin,  Application of visible light-based projection stereolithography for live cell-scaffold fabrication with designed architecture. Biomaterials, 2013, 34(2): 331–339
121   A. Ovsianikov,  Laser photofabrication of cell-containing hydrogel constructs. Langmuir, 2014, 30(13): 3787–3794
122   A. Ovsianikov,  Laser printing of cells into 3D scaffolds. Biofabrication, 2010, 2(1): 014104
123   Y. Nahmias, D. J. Odde. Micropatterning of living cells by laser-guided direct writing: Application to fabrication of hepatic-endothelial sinusoid-like structures. Nat. Protoc., 2006, 1(5): 2288–2296
124   B. R. Ringeisen, C. M. Othon, J. A. Barron, P. K. Wu, B. J. Spargo. The evolution of cell printing. In: U. Meyer, J. Handschel, H. P. Wiesmann, T. Meyer, eds. Fundamentals of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2009: 613–631
125   D. J. Odde, M. J. Renn. Laser-guided direct writing of living cells. Biotechnol. Bioeng., 2000, 67(3): 312–318
126   Y. Nahmias, R. E. Schwartz, C. M. Verfaillie, D. J. Odde. Laser-guided direct writing for three-dimensional tissue engineering. Biotechnol. Bioeng., 2005, 92(2): 129–136
127   F. Guillemot, A. Souquet, S. Catros, B. Guillotin. Laser-assisted cell printing: Principle, physical parameters versus cell fate and perspectives in tissue engineering. Nanomedicine (Lond), 2010, 5(3): 507–515
128   S. Catros, B. Guillotin, M. Bačáková, J. C. Fricain, F. Guillemot. Effect of laser energy, substrate film thickness and bioink viscosity on viability of endothelial cells printed by Laser-Assisted Bioprinting. Appl. Surf. Sci., 2011, 257(12): 5142–5147
129   J. A. Barron, D. B. Krizman, B. R. Ringeisen. Laser printing of single cells: Statistical analysis, cell viability, and stress. Ann. Biomed. Eng., 2005, 33(2): 121–130
130   Y. Lin, G. Huang, Y. Huang, T. R. Jeremy Tzeng, D. Chrisey. Effect of laser fluence in laser-assisted direct writing of human colon cancer cell. Rapid Prototyping J., 2010, 16(3): 202–208
131   B. C. Riggs,  Matrix-assisted pulsed laser methods for biofabrication. MRS Bull., 2011, 36(12): 1043–1050
132   N. A. Raof, N. R. Schiele, Y. Xie, D. B. Chrisey, D. T. Corr. The maintenance of pluripotency following laser direct-write of mouse embryonic stem cells. Biomaterials, 2011, 32(7): 1802–1808
133   J. A. Barron, B. R. Ringeisen, H. Kim, B. J. Spargo, D. B. Chrisey. Application of laser printing to mammalian cells. Thin Solid Films, 2004, 453−454: 383–387
134   T. M. Patz,  Three-dimensional direct writing of B35 neuronal cells. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater., 2006, 78B(1): 124–130
135   N. R. Schiele, D. B. Chrisey, D. T. Corr. Gelatin-based laser direct-write technique for the precise spatial patterning of cells. Tissue Eng. Part C Methods, 2011, 17(3): 289–298
136   N. R. Schiele,  Laser direct writing of combinatorial libraries of idealized cellular constructs: Biomedical applications. Appl. Surf. Sci., 2009, 255(10): 5444–5447
137   A. Doraiswamy, R. J. Narayan, M. L. Harris, S. B. Qadri, R. Modi, D. B. Chrisey. Laser microfabrication of hydroxyapatite-osteoblast-like cell composites. J. Biomed. Mater. Res. A, 2007, 80A(3): 635–643
138   S. Catros,  Laser-assisted bioprinting for creating on-demand patterns of human osteoprogenitor cells and nano-hydroxyapatite. Biofabrication, 2011, 3(2): 025001
139   M. Gruene,  Laser printing of three-dimensional multicellular arrays for studies of cell-cell and cell-environment interactions. Tissue Eng. Part C Methods, 2011, 17(10): 973–982
140   L. Koch,  Skin tissue generation by laser cell printing. Biotechnol. Bioeng., 2012, 109(7): 1855–1863
141   P. K. Wu, B. R. Ringeisen. Development of human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) and human umbilical vein smooth muscle cell (HUVSMC) branch/stem structures on hydrogel layers via biological laser printing (BioLP). Biofabrication, 2010, 2(1): 014111
142   S. Michael,  Tissue engineered skin substitutes created by laser-assisted bioprinting form skin-like structures in the dorsal skin fold chamber in mice. PLoS ONE, 2013, 8(3): e57741
143   V. Keriquel,  In vivo bioprinting for computer- and robotic-assisted medical intervention: Preliminary study in mice. Biofabrication, 2010, 2(1): 014101
144   B. Guillotin,  Laser-assisted bioprinting for tissue engineering. In: G. Forgacs, W. Sun, eds. Biofabrication. Boston: William Andrew Publishing, 2013: 95–118
145   R. G. Wylie, S. Ahsan, Y. Aizawa, K. L. Maxwell, C. M. Morshead, M. S. Shoichet. Spatially controlled simultaneous patterning of multiple growth factors in three-dimensional hydrogels. Nat. Mater., 2011, 10(10): 799–806
146   R. G. Wylie, M. S. Shoichet. Three-dimensional spatial patterning of proteins in hydrogels. Biomacromolecules, 2011, 12(10): 3789–3796
147   S. H. Lee, J. J. Moon, J. L. West. Three-dimensional micropatterning of bioactive hydrogels via two-photon laser scanning photolithography for guided 3D cell migration. Biomaterials, 2008, 29(20): 2962–2968
148   S. C. Owen, S. A. Fisher, R. Y. Tam, C. M. Nimmo, M. S. Shoichet. Hyaluronic acid click hydrogels emulate the extracellular matrix. Langmuir, 2013, 29(24): 7393–7400
149   K. A. Mosiewicz, L. Kolb, A. J. van der Vlies, M. P. Lutolf. Microscale patterning of hydrogel stiffness through light-triggered uncaging of thiols. Biomater. Sci., 2014, 2(11): 1640–1651
150   A. T. Alsop, J. C. Pence, D. W. Weisgerber, B. A. Harley, R. C. Bailey. Photopatterning of vascular endothelial growth factor within collagen-glycosaminoglycan scaffolds can induce a spatially confined response in human umbilical vein endothelial cells. Acta Biomater., 2014, 10(11): 4715–4722
151   R. J. Wade, E. J. Bassin, W. M. Gramlich, J. A. Burdick. Nanofibrous hydrogels with spatially patterned biochemical signals to control cell behavior. Adv. Mater., 2015, 27(8): 1356–1362
152   H. J. Lee, W. G. Koh. Hydrogel micropattern-incorporated fibrous scaffolds capable of sequential growth factor delivery for enhanced osteogenesis of hMSCs. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6(12): 9338–9348
153   B. V. Sridhar, N. R. Doyle, M. A. Randolph, K. S. Anseth. Covalently tethered TGF-b1 with encapsulated chondrocytes in a PEG hydrogel system enhances extracellular matrix production. J. Biomed. Mater. Res. A, 2014, 102(12): 4464–4472
154   G. Pasparakis, T. Manouras, P. Argitis, M. Vamvakaki. Photodegradable polymers for biotechnological applications. Macromol. Rapid Commun., 2012, 33(3): 183–198
155   M. T. Frey, Y. L. Wang. A photo-modulatable material for probing cellular responses to substrate rigidity. Soft Matter, 2009, 5(9): 1918–1924
156   V. V. Ramanan, J. S. Katz, M. Guvendiren, E. R. Cohen, R. A. Marklein, J. A. Burdick. Photocleavable side groups to spatially alter hydrogel properties and cellular interactions. J. Mater. Chem., 2010, 20(40): 8920–8926
157   D. R. Griffin, A. M. Kasko. Photodegradable macromers and hydrogels for live cell encapsulation and release. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134(31): 13103–13107
158   D. R. Griffin, J. T. Patterson, A. M. Kasko. Photodegradation as a mechanism for controlled drug delivery. Biotechnol. Bioeng., 2010, 107(6): 1012–1019
159   M. He, J. Li, S. Tan, R. Wang, Y. Zhang. Photodegradable supramolecular hydrogels with fluorescence turn-on reporter for photomodulation of cellular microenvironments. J. Am. Chem. Soc., 2013, 135(50): 18718–18721
160   C. A. DeForest, K. S. Anseth. Cytocompatible click-based hydrogels with dynamically tunable properties through orthogonal photoconjugation and photocleavage reactions. Nat. Chem., 2011, 3(12): 925–931
161   A. M. Kloxin, J. A. Benton, K. S. Anseth. In situ elasticity modulation with dynamic substrates to direct cell phenotype. Biomaterials, 2010, 31(1): 1–8
162   C. M. Kirschner, D. L. Alge, S. T. Gould, K. S. Anseth. Clickable, photodegradable hydrogels to dynamically modulate valvular interstitial cell phenotype. Adv. Healthc. Mater., 2014, 3(5): 649–657
163   M. V. Tsurkan,  Photopatterning of multifunctional hydrogels to direct adult neural precursor cells. Adv. Healthc. Mater., 2015, 4(4): 516–521
164   M. A. Azagarsamy, D. L. Alge, S. J. Radhakrishnan, M. W. Tibbitt, K. S. Anseth. Photocontrolled nanoparticles for on-demand release of proteins. Biomacromolecules, 2012, 13(8): 2219–2224
165   M. W. Tibbitt, B. W. Han, A. M. Kloxin, K. S. Anseth. Synthesis and application of photodegradable microspheres for spatiotemporal control of protein delivery. J. Biomed. Mater. Res. A, 2012, 100A(7): 1647–1654
166   C. Lv, Z. Wang, P. Wang, X. Tang. Photodegradable polyurethane self-assembled nanoparticles for photocontrollable release. Langmuir, 2012, 28(25): 9387–9394
167   J. L. Vivero-Escoto, I. I. Slowing, C. W. Wu, V. S. Lin. Photoinduced intracellular controlled release drug delivery in human cells by gold-capped mesoporous silica nanosphere. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131(10): 3462–3463
168   Q. Jin, F. Mitschang, S. Agarwal. Biocompatible drug delivery system for photo-triggered controlled release of 5-fluorouracil. Biomacromolecules, 2011, 12(10): 3684–3691
169   B. Yan, J. C. Boyer, D. Habault, N. R. Branda, Y. Zhao. Near infrared light triggered release of biomacromolecules from hydrogels loaded with upconversion nanoparticles. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134(40): 16558–16561
[1] David F. Williams. Biocompatibility Pathways in Tissue-Engineering Templates[J]. Engineering, 2018, 4(2): 286 -290 .
[2] Shiying Li, Tianmei Qian, Xinghui Wang, Jie Liu, Xiaosong Gu. Noncoding RNAs and Their Potential Therapeutic Applications in Tissue Engineering[J]. Engineering, 2017, 3(1): 3 -15 .
[3] Jorge L. Escobar Ivirico, Maumita Bhattacharjee, Emmanuel Kuyinu, Lakshmi S. Nair, Cato T. Laurencin. Regenerative Engineering for Knee Osteoarthritis Treatment: Biomaterials and Cell-Based Technologies[J]. Engineering, 2017, 3(1): 16 -27 .
[4] Yu Liu, Guangdong Zhou, Yilin Cao. Recent Progress in Cartilage Tissue Engineering—Our Experience and Future Directions[J]. Engineering, 2017, 3(1): 28 -35 .
[5] Alessandro Pistone, Daniela Iannazzo, Claudia Espro, Signorino Galvagno, Anna Tampieri, Monica Montesi, Silvia Panseri, Monica Sandri. Tethering of Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Lys Peptides on Mg-Doped Hydroxyapatite[J]. Engineering, 2017, 3(1): 55 -59 .
[6] Zhi Cui,Baofeng Yang,Ren-Ke Li. Application of Biomaterials in Cardiac Repair and Regeneration[J]. Engineering, 2016, 2(1): 141 -148 .
[7] Jia An, Joanne Ee Mei Teoh, Ratima Suntornnond, Chee Kai Chua. Design and 3D Printing of Scaffolds and Tissues[J]. Engineering, 2015, 1(2): 261 -268 .
Copyright © 2015 Higher Education Press & Engineering Sciences Press, All Rights Reserved.