生物3D打印：解锁类器官奥秘的科技钥匙

类器官

在探索生命的奥秘和疾病的诊疗过程中，类器官技术正逐渐成为一颗璀璨的明星。类器官，顾名思义，是指一类由干细胞或器官祖细胞在体外通过特定方法培养出来的、具有类似真实器官结构和功能的微型组织。它们由多种细胞类型组成，能够自我更新和自我组织，从而在一定程度上模拟体内器官的发育、功能和病理过程。与传统2D细胞培养和动物实验相比，类器官能更好的模拟细胞自然生理过程，提供更精确的人类疾病发育模型和更具临床价值的研究结果。

目前，类器官研究在疾病建模、药物开发、再生医学、毒理学研究和个性化医学领域引起了越来越多的关注。然而，要想真正模拟人体内的复杂环境，除了包括不同类型的细胞外，类器官还必须解决两大核心问题：细胞在空间中的精确定位，以及不同组织间的相互作用。而生物3D打印技术，正是解决这两大问题的关键所在。

生物3D打印

生物3D打印技术是一种以计算机三维模型为“图纸”，装配特制“生物墨水”，最终制造出人造器官和生物医学产品的新科技手段。如果把人比作一部巨大的机器，生物3D打印的存在更像是为这部“机器”去制造那些可用来替换“故障零件”的技术（器官移植），但目前它只能用来制作一些用于模拟“解决或发现故障”的仿真模型（体外模型），现阶段距离实现“零件的替换”只走出了万里长征的开始。

生物3D打印研究中最为关键的三个要素是：生物墨水、打印技术以及组织重建或体外器官功能化，就第三个要素而言，其与组织工程和再生医学之间的界限并不明显。

生物墨水

生物3D打印必不可少的组成部分就是“生物墨水”，主要由生物材料和细胞组成，是生物3D打印过程中具有挑战性的一步，因为它决定了组织结构的整体功能。选择这些时必须考虑几个因素：（1）可印刷性；（2）生物相容性；（3）生物降解性；（4）机械特性；（5）仿生学特性。

打印技术

（1）挤压式打印：基于挤出的生物打印是最常用的，这种方式使用气动或机械(活塞或螺旋)系统来挤出连续的生物墨水流，逐层堆积形成组织结构。

（2）投影光固化式打印：这种方法是利用激光束对生物墨水进行定位与控制，打印头通过激光束的控制，将生物墨水按照预定的结构和形状进行打印。

EFL生物3D打印机

EFL品牌公司推出挤出式和光固化式生物3D打印机，包括BP6601、BP6602Pro、BP8601Pro、BP8601Mix四个型号，搭配20余种系列的生物墨水，提供整套生物3D打印解决方案。

应用实例：

组织和器官的移植再生

通过生物3D打印技术，可以根据患者的具体情况，打印出符合其需求的定制化器官，这种定制化器官不仅可以提高移植的成功率，还可以减少排斥反应的发生。其次定制化组织和器官的解剖特征更加精确。

GelMA/HAMA复合3D打印冻干支架可用于软骨再生^[1]

定制化医疗器械的制造

生物3D打印可以定制化制造外部支架、矫形器等医疗设备，使用患者的身体扫描数据，打印出定制化的义肢或矫形器，且根据患者的需求，调整器械的材料、硬度、弯曲度和大小，提供更好的支撑和舒适度；利用生物3D打印技术可以定制化手术器械导板，根据患者的解剖结构和手术需求，打印出个性化的手术导板，以帮助医生进行精确的手术操作。此外，通过定制化的3D打印技术还可以将传感器或药物释放系统集成到医疗器械中，提高其监测和治疗效果。

基于DLP打印技术构建用于骨再生的哈弗斯类支架^[2]

药物开发

通过生物3D打印技开发更多生理相关的模型，可以打印出人体组织的模型，用于模拟药物在人体内的作用和反应，这样可以更加准确地评估药物的疗效和安全性，加快药物的研发进程。此外，生物3D打印技术还可以用于定制化药物的制备，根据患者的具体情况，打印出适合其需求的药物，例如可以制造出具有特定结构和释放特性的药物输送系统，这些系统可以提高药物的疗效和减少副作用。

生物3D打印胶质母细胞瘤微环境模拟细胞依赖性和免疫相互作用^[3]

生物3D打印迷你脑组织-胶质母细胞瘤模型^[4]

参考文献：

[1] Xia, Huitang, et al. Lyophilized Scaffolds Fabricated from 3D-Printed Photocurable Natural Hydrogel for Cartilage Regeneration. ACS Applied Materials & Interfaces 10.37(2018).

[2] Zhang Meng, et al. 3D printing of Haversian bone–mimicking scaffolds for multicellular delivery in bone regeneration. Sci. Adv.6,eaaz6725(2020).

[3] Tang, Min, et al. Three-dimensional bioprinted glioblastoma microenvironments model cellular dependencies and immune interactions. Cell Res 30, 833–853 (2020).

[4] Heinrich, Marcel A, et al. 3D Bioprinted Mini-Brains: A Glioblastoma Model to Study Cellular Interactions and Therapeutics. G.I.T. Laboratory Journal Europe 3(2019):23.