Beyond Diffraction Limits: Volumetric Photopolymerization as a Pathway for Medical-Grade Tissue Engineering.

[admin]

Pulver AYu, Tokmachev RE, Pulver NA, Antakova LN, Emelianova MA, Poltavtseva RA. Beyond Diffraction Limits: Volumetric Photopolymerization as a Pathway for Medical-Grade Tissue Engineering. Tissue Eng Part B Rev. 2026 Sep 29:19373368261491564. doi: 10.1177/19373368261491564. PMID: 42806883.

{Русcкий вариант}
Является непосредственным продолжением статьи Out of tissue engineering systemic crisis by means of holographic 3D-photopolymerization. Discovery Biotechnology 1, 3 (2024)., в которой повествуется о том, как блистательно подтвердились теоретические принципы нашей голографической фотополимеризации и за это время была создана точно такая же технология, но основанная на на двухфотонной фотополимеризации, а на ультразвуковой фотополимеризации (штука классная, но для медицинского применения бесполезная, ибо принципиально ограничена размером вокселя более 100 мкм), а также про нелепые потуги современного "биопринртига", уже просто не стесняющимися демонстрировать откровеннейшее хайпожорство на фоне грантососничества - в Германии уже вовсю началось "освоение средств"!

{English version}
This is a direct continuation of the article Out of tissue engineering systemic crisis by means of holographic 3D-photopolymerization. Discovery Biotechnology 1, 3 (2024)., which recounts how the theoretical principles of our holographic photopolymerization were brilliantly validated. It also discusses the development of a similar technology—though based on ultrasonic rather than two-photon photopolymerization (a cool technique, yet useless for medical applications due to a fundamental voxel size limitation exceeding 100 µm)—and addresses the absurd antics of modern "bioprinting," where the shameless pursuit of hype and grant-milking is on full display; indeed, the "siphoning off of funds" is already in full swing in Germany!

Impact Statement
Внедрению методов тканевой инженерии в клиническую практику препятствует фундаментальное, но систематически игнорируемое препятствие: колоссальный разрыв между разрешающей способностью существующих технологий биопечати (150–200 мкм) и субмикронной точностью (0,1–0,2 мкм), необходимой для воспроизведения физиологических капиллярных сетей. В данном анализе показано, что этот «разрыв в разрешении» представляет собой не просто очередную инженерную задачу, а физический тупик. Если методы акустической голографии ограничены пределом акустической дифракции, то оптические методы объемной печати — импульсная голографическая фотополимеризация, ксолография и цифровой некогерентный синтез голографических световых полей — открывают единственные реальные пути к мгновенному созданию каркасов с субмикронной детализацией. Тем не менее, эти подходы страдают от критической нехватки финансирования, оставаясь в тени множества «технологических симулякров» — сложных с инженерной точки зрения, но клинически бесполезных решений, которые лишь имитируют прогресс, отвлекая ресурсы от фундаментальной науки. В связи с этим данная работа предлагает конструктивный план действий, призванный переориентировать отрасль на прорывные исследования, способные обеспечить создание полноценно васкуляризированных тканевых конструкций, пригодных для клинического применения.

A fundamental yet systematically overlooked barrier prevents the clinical translation of tissue engineering: the vast mismatch between the resolution of prevailing bioprinting technologies (150–200 µm) and the sub micron (0.1–0.2 µm) architectural fidelity required to recreate physiological capillary networks. This analysis demonstrates that this “resolution gap” is not an incremental engineering challenge but a physical impasse. While acoustic holographic methods are precluded by the acoustic diffraction limit, optical volumetric techniques—pulsed holographic photopolymerisation, xolography, and digital incoherent synthesis of holographic light fields—offer the only viable pathways toward instant, sub micron scaffold fabrication. Yet these approaches remain critically underfunded, overshadowed by a proliferation of “technological simulacra”: engineering complex but clinically irrelevant solutions that simulate progress while diverting resources from foundational science. This work therefore provides a constructive roadmap to refocus the field on transformative research capable of delivering truly vascularised, medical grade tissue constructs.


Abstract
{Русcкий вариант}
Регенеративная медицина столкнулась с системным кризисом, вызванным фундаментальным технологическим несоответствием. Цель отрасли — создание васкуляризированных тканей, однако существующие подходы к биопечати не отвечают этим задачам. Доминирующие аддитивные методы характеризуются ограничениями по разрешению (порядка 150–200 мкм) и наличием артефактов послойной печати; эти показатели значительно превышают как диаметр капилляров (5–7 мкм), так и масштаб структур естественного внеклеточного матрикса. Мы полагаем, что попытки усовершенствовать эти методы — тупиковый путь, поскольку они игнорируют необходимость обеспечения точности на субмикронном уровне (<1 мкм). В данном анализе критически оцениваются альтернативные методы объемного формирования (с одновременной 3D-полимеризацией). В сложившейся ситуации мы выдвигаем гипотезу, согласно которой импульсная голографическая фотополимеризация открывает теоретически обоснованный путь к мгновенному созданию сложных субмикронных «гистиогенных каркасов» (histionic scaffolds). Недавний прорыв, связанный с цифровым некогерентным синтезом голографических световых полей, позволил создать объекты миллиметрового масштаба всего за 0,6 секунды с разрешением 11–19 мкм, что стало первым практическим шагом к соответствию медицинским стандартам. Тем не менее, этот метод пока не обеспечивает истинно субмикронную точность и не поддерживает печать с использованием нескольких материалов.
Акустическая голографическая биопечать, несмотря на свой потенциал, фундаментально ограничена явлениями акустической дифракции, что позволяет достичь разрешения лишь более 100 мкм при работе с биоматериалами. Для достижения целевого медицинского разрешения в 0,1–0,2 мкм потребовались бы частоты гигагерцевого диапазона, вызывающие катастрофическое затухание сигнала и делающие метод непригодным для объемной тканевой инженерии. Еще одним перспективным, хотя пока и ограниченным (разрешение ~5 мкм) направлением является развивающийся метод линейной объемной печати — ксолография (xolography). В этой области также наблюдается изобилие технологически сложных, но несовершенных подходов — например, эндоскопической печати *in vivo* или продвинутой роботизированной экструзии, — которые лишь имитируют прогресс за счет переработки методов с недостаточным разрешением, отвлекая при этом критически важные ресурсы. Мы предлагаем новую двухэтапную концепцию, использующую «морфогенетическую матрицу» на стадии предварительной полимеризации для решения проблемы печати из нескольких материалов. Главным препятствием теперь выступает не столько физика, сколько критическая нехватка финансирования фундаментальных исследований, усугубляемая доминированием краткосрочных проектов, создающих лишь видимость инноваций (симулякров). Таким образом, выход из этого тупика требует радикального пересмотра концептуальных подходов и возвращения к приоритету фундаментальной науки.
{English version}
Regenerative medicine faces a systemic crisis from a fundamental technological mismatch. The goal is to engineer vascularised tissues, yet prevailing bioprinting paradigms are inadequate. Dominant additive techniques have a resolution limit (~150-200 µm) and layer artifacts, far exceeding capillary diameters (5-7 µm) and native ECM scale. We argue that refining these methods is a dead end, ignoring the need for sub-micron (<1 µm) fidelity. This analysis critically evaluates volumetric alternatives for simultaneous 3D solidification. Within this impasse, we posit that pulsed holographic photopolymerisation offers a viable theoretical pathway for instant fabrication of complex, sub-micron "histionic scaffolds". A recent breakthrough introduced digital incoherent synthesis of holographic light fields, achieving millimetre-scale fabrication within 0.6 seconds at 11–19 µm resolution—the first practical implementation approaching medical-grade requirements. However, it still falls short of true sub-micron fidelity and lacks multi-material capability.
Acoustic holographic bioprinting, despite its potential, is fundamentally limited by acoustic diffraction, achieving only >100 µm resolution in biomaterials. Achieving the target medical resolution of 0.1-0.2 µm would require gigahertz frequencies, causing catastrophic signal attenuation and making the method unsuitable for volumetric tissue engineering. The emerging linear volumetric method of xolography represents another promising, though currently limited (~5 µm), direction. The field is also crowded with other technologically complex but flawed trends—like endoscopic in vivo printing or advanced robotic extrusion—that simulate progress by repackaging methods with unsuitable resolution, diverting crucial resources. We further propose a novel two-stage paradigm using a pre-polymerisation "morphogenetic matrix" to solve the multi-material problem. The primary impediment is no longer just physics but a critical deficit in funding for fundamental research, exacerbated by the dominance of short-term, simulacral projects. Therefore, advancing beyond this impasse requires a rigorous conceptual shift and a recommitment to foundational science.