生物3D打印技术是目前正在兴起的一个研究领域，是一项先进的生产制造技术，广泛应用于医疗器械制造与骨科、牙科和心脑血管临床治疗等多个领域，并且随着技术的成熟和发展，结构与功能越来越复杂的活性组织甚至器官将被应用，生物3D打印的市场渗透率也将逐步增加。目前，生物3D打印技术已经在药理模型、器官缺损修复、细胞三维培养等方面取得了诸多进展。生物3D打印概念生物3D打印是3D打印的一个重要分支，是在3D打印的基础上，将生物材料或细胞按照仿生形态、生物体功能、细胞特定微环境等要求，用增材制造的方法打印出具有复杂结构与功能的生物三维结构、体外三维生物功能体、再生医学模型等生物医学产品的3D打印技术，该技术在生物医学领域的应用日益广泛，现已成为21世纪最具发展潜力的多种技术之一。在这里，由于单独使用细胞无法构成结构，因此我们将细胞与水凝胶混合构成生物墨水，使用生物墨水打印活性材料。水凝胶不仅能够在打印时做为粘合剂实现3D成型，而且在打印好也能够起到固定细胞位置并且提供类体内的培养环境。生物3D打印应用生物3D打印可用于在体外构建更接近人体组织或器官的结构，研究器官发育及病变机理或药物筛选。相较于动物实验成本高、周期长、重复性不够理想外，动物的体内环境也和人体有着较大差异。而生物3D打印可以使用人体细胞，个性化构建人体类器官模型，最大程度上还原人体器官组织结构，弥补了动物实验的缺点。目前，生物3D打印技术在肿瘤模型、药物筛选、心血管疾病等领域都有很多的研究报道。也可用于器官或组织缺损修复，当机体器官或组织出现缺损时可以利用生物3D打印技术按照缺损形状进行建模、打印、培养支架，并将其植入到缺损位置。目前，已有很多研究机构将这项技术应用于动物身上并有所报道，主要有骨软骨修复、皮肤缺损修复等。生物3D打印的最终目标是构建可用于人体器官移植的仿生器官，以解决人体器官移植供体不足、存在免疫排斥的问题。生物3D打印机上海交通大学医医院王金武教授与戴尅戎院士团队长期致力于生物3D打印技术在骨软骨再生方面的应用，其团队也研发并制造了高精度的桌面级生物3D打印机，如图所示。该打印机可支持从5℃到℃的多种生物材料，包括高分子机材料、水凝胶或活细胞进行打印。桌面级生物3D打印机高通量生物3D打印机九院王金武课题组在国际期刊上发表多篇高分文章，其中通过生物打印技术构建了模拟骨发育微环境的NGFLaponite组织工程支架用于骨缺损修复，该支架能够在骨缺损早期促进神经长入并调节神经-骨相互作用改善骨缺损的修复效果，揭示了感觉神经在骨组织工程中的重要作用，为骨组织工程支架的设计提供了新思路。该研究成果于11月在线发表于《AdvancedFunctionalMaterials》，影响因子18.分。针对制造过程快速简单、成本较低、不受材料来源限制的微尺度血管网络制造方法进行了研究探索，采用生物相容性甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和温敏性水凝胶聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM），在37℃下，利用PNIPAM的体积收缩，有效诱导微尺度血管网络的制造，微尺度血管网络尺寸可稳定在50μm。体外实验表明内皮细胞和骨肉瘤细胞能在微尺度血管网络支架内保持较高活性。体内实验表明植入的微尺度血管网络可与宿主建立连接。研究成果于年4月发表于《AdvancedFunctionalMaterials》。
年9月23日，《自然》
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