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Array|3D生物打印让我们离人造器官越来越近

Array|3D生物打印让我们离人造器官越来越近
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3D打印又名增材制造 ， 是基于计算机辅助（CAD/CAM）、断层扫描（CT）或核磁（MRI）技术形成数据 ， 然后通过分层加工、逐层叠加方法来构建三维架构的技术 。3D打印具有可个性化定制、精度高等特点 ， 在构建复杂微观结构方面具有显著优势 ， 近年来在医学领域广泛应用 。实现器官再生
3D打印技术目前较多应用于人体硬组织打印 ， 如组织模型、植入式医疗器械等 ， 该技术已经比较成熟 。在组织模型方面 ， 有研究基于超声数据进行3D打印 ， 成功制作出左心耳模型 ， 辅助左心耳封堵手术前评估 ， 可直观展示左心耳结构、直径等因素如何影响封堵器释放 ， 优化手术操作；还有研究通过3D打印技术打印出患者个性化定制二尖瓣环模型 ， 可更好地对患者二尖瓣环几何构造、大小及形状进行术前评估 。植入式医疗器械的3D打印研究也在不断发展 ， 如北京阿迈特医疗器械科技有限公司利用3D打印技术制造的生物可降解冠状动脉药物洗脱支架产品 ， 目前已在我国获批开展境内临床试验研究 。
【Array|3D生物打印让我们离人造器官越来越近】除了应用于硬组织领域之外 ， 人体软组织3D打印也是当下研究热点 ， 如打印功能血管网络、人工心脏、人工皮肤等 。2016年 ， 四川蓝光英诺公司利用3D打印技术打印出生物性人工血管 ， 并成功植入恒河猴体内 ， 极大地推动了我国3D打印器官在器官移植方面的应用 。2019年 ， Science杂志封面文章报道了3D打印人体器官中错综交缠的血管网络 ， 3D打印已可以构建具有模拟肺泡的 ， 可以运输空气、淋巴液等物质的管道 ， 预期可帮助组织工程领域学者更好地理解3D打印器官 ， 促进人造器官研究的发展 。2019年4月 ， 以色列特拉维夫大学研究人员宣布 ， 他们利用患者自身细胞和生物材料成功设计和打印出充满细胞、血管并有心室和心房的完整心脏 ， 在全球尚属首例 。
与打印硬组织主要采用的普通3D打印技术不同 ， 软组织3D打印需要依赖于更加复杂的3D生物打印技术 。3D生物打印技术及材料
3D生物打印是基于3D打印技术发展起来的 ， 具有重要的研究意义及广阔的应用前景 。通俗来讲 ， 3D生物打印是通过3D打印技术 ， 将含有活细胞的生物相容性材料打印成三维功能化的活组织 。在再生医学领域 ， 3D生物打印具有独特优势 。
3D生物打印的关键因素包括打印方法、生物相容性材料和细胞 。
三类打印方法各具特点
3D生物打印的技术条件相对苛刻 ， 且影响因素较多 ， 主要打印技术分为三类：喷墨生物打印、微挤出生物打印和激光辅助生物打印 。
喷墨生物打印利用电加热产生空气脉冲 ， 或者通过压电、超声等方法产生脉冲 ， 然后在喷嘴处形成液滴 。该方法的优点是速度快、费用低、适用范围广泛、细胞和材料浓度可调 ， 但存在必须采用液体材料、喷嘴易堵塞等缺点 。喷墨打印技术在人体功能结构再生方面具有非常大的潜力 ， 目前主要用于皮肤和软骨原位再生 。
微挤出生物打印是一种简单通用的方法 ， 通过机械力的挤压作用 ， 能够使样品池中的材料被连续挤出 ， 然后通过在X、Y、Z轴方向控制 ， 获得三维空间结构 。该方法适用的材料黏度范围广泛 ， 高黏度材料通常用于支撑结构 ， 低黏度材料常被用来提供细胞外环境以维护细胞活性 。材料特性方面 ， 比较有代表性的材料包括温敏性材料和剪切稀释材料 ， 温敏性材料在室温下呈流动状态 ， 能够与其他材料共同挤出 ， 在温度接近体温时交联固化；剪切稀释材料的黏度随剪切率增大而减小 ， 这一特性恰好满足挤出工艺 。微挤出生物打印技术最主要的优点是能够沉积高的细胞密度 ， 有利于满足组织工程需要 ， 缺点是细胞成活率低 。该技术虽然打印高分辨复杂结构所用时间较长 ， 但能够打印的产品类型较多 。目前 ， 该技术已被用来制造多种组织和模型 ， 包括主动脉瓣膜、分支血管树、体外药物代谢和肿瘤模型等 。


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