了解 3D 生物打印：技术和影响

什么是 3D 生物打印？

3D 生物打印是一种先进的生物打印技术，它利用 3D 打印技术来制造人体组织和功能组织结构。通过逐层精确沉积活细胞、生物材料和含细胞的水凝胶，这种增材制造工艺可实现再生医学应用的组织工程和器官工程。

生物打印解决方案利用多种生物打印技术，包括基于挤压的生物打印、激光辅助生物打印和喷墨打印机技术，来生产模仿人体器官和活组织复杂性的生物打印组织。

该过程从预生物打印开始，生物打印软件设计所需组织的所需形状，然后进行打印和生物打印后成熟。各种生物材料作为支持人体细胞的基础材料，维持细胞活力和细胞密度以促进正常发育。科学家利用自主组装和无支架方法，采用类似于胚胎器官发育的微型组织构件。

内皮细胞和细胞外基质成分在形成血管、确保人体内充足的血液流动和功能方面起着至关重要的作用。这项创新技术正在塑造个性化医学、药物发现和药物科学的未来，为药物测试、药物开发和人造器官的创造提供了新的方法。

生物打印方法

生物打印已发展成为一个高度复杂的领域，它采用各种生物打印技术来创建功能组织，增强组织工程并推进再生医学的器官工程。

基于挤出的生物打印

基于挤压的生物打印是最广泛使用的生物打印技术之一，它依靠受控分配系统逐层沉积含细胞的水凝胶和生物材料，形成生物打印组织。这种方法可以精确控制细胞密度，确保细胞活力，同时创建具有所需形状和结构的人体组织（Rossi等人，2024）。

由于其多功能性，这种方法特别有利于制造人造器官、软骨和骨骼结构，使其成为再生医学的关键工具。

基于喷墨的生物打印

喷墨打印机技术已适用于三维生物打印，使用活细胞和生物材料的液滴来构建具有精确成分和功能的活组织。这种生物打印技术广泛用于药物发现、药物测试和制药科学，可以在生物打印组织上对药物进行高通量筛查（Zhao等人，2022年）。

喷墨生物打印能够以高分辨率沉积多种细胞类型，成为为胚胎器官发育和器官工程创建微型组织构件的有效方法

激光辅助生物打印

激光辅助生物打印是一种先进的技术，它利用激光脉冲精确定位人体细胞，形成具有高细胞活力和血流的复杂人体组织。这种方法不需要基础材料，允许通过自主组装实现无支架组织制造，密切模仿人体自然器官。

内皮细胞和细胞外基质成分经过精心排列，形成血管，改善组织功能并融入人体。

生物打印的未来方向

生物打印解决方案的未来在于优化生物打印软件、改进生物材料以及完善生物打印后工艺，以开发药物研发和个性化医疗的新方法。

随着研究人员继续探索增材制造技术，材料科学和生物打印技术的创新将为医疗保健领域更先进的3D打印应用铺平道路，弥合实验打印与全功能器官之间的差距（自然生物医学工程，未注明...）。

生物打印过程

生物打印过程是一项高度先进的技术，它结合了三维生物打印和组织工程来创建生物打印组织，用于再生医学、药物发现和器官工程的应用。

该过程从预生物打印开始，使用生物打印软件来设计所需组织的所需形状和结构。接下来，基于挤压的生物打印、激光辅助生物打印或喷墨打印机技术逐层沉积含细胞的水凝胶、生物材料和活细胞，以构建功能组织。这些生物打印技术可确保适当的细胞密度、细胞活力和组成，形成复杂的人体组织甚至人造器官。

打印后，生物打印后涉及孵化结构以促进胚胎器官发育，使人体细胞在细胞外基质内成熟，整合内皮细胞形成的血管以实现正常的血液流动。自主自组装等无支架方法利用微型组织积木来增强生物学功能。

生物打印的应用

生物打印技术通过促进功能组织、人体组织甚至人造器官的创造，为再生医学、药物研发和个性化医疗提供开创性的生物打印解决方案，正在彻底改变医疗保健。

组织工程和再生医学

3D Bboprinting 通过使用活细胞、细胞外基质和含细胞的水凝胶制造生物打印组织，正在改变组织工程。这些组织可以替代或修复受损的人体组织，改善烧伤、伤口和退行性疾病的治疗。使用自主自组装和微型组织积木打印无支架结构的能力增强了细胞活力并支持胚胎器官发育

器官工程和人造器官

器官工程的进步使通过生物打印技术创造人体器官的可能性更接近现实。基于挤压的生物打印和激光辅助生物打印使研究人员能够设计复杂的器官结构，整合内皮细胞和血管，以确保正常的血液流动和功能。

这些发展可以通过为移植提供定制的生物打印组织来解决全球器官短缺危机。

药物发现和药物研究

生物打印技术通过创建用于评估药物反应的人体组织，正在彻底改变药物发现和药物测试。研究人员不依赖动物模型，而是使用生物打印软件来开发具有精确细胞密度和所需组织结构的生物材料，从而使药物试验更加可靠。药物科学的这种进步加速了药物开发，同时减少了伦理问题。

个性化医疗和未来创新

生物打印解决方案能够使用 3D 打印打印活体组织，通过为个体患者量身定制人体细胞和生物材料，提供个性化治疗。个性化医疗的这项创新提高了移植、修复和重建手术的兼容性。随着新方法的出现，结合增材制造、生物打印软件和材料科学的生物打印技术将塑造精准医疗的未来。

生物打印的未来

生物打印技术的未来正在迅速发展，科学家们正在开发改善生物打印组织的新方法，整合内皮细胞和血管以确保正常的血液流动。主要进展包括：

• 个性化医学: 3D Bboprinting 将实现为个体患者量身定制的定制生物打印解决方案，从而提高移植成功率并降低排斥率。
• 人造器官： 使用基于挤压的生物打印和激光辅助生物打印进行人体组织发育可能会产生可行的人造器官进行移植。
• 高级药物测试： 生物打印技术将取代传统的动物试验，使用功能组织和生物材料来模拟药物研发中的人类反应。
• 下一代材料：材料科学和Bboprinting软件的创新将增强无支架组织结构，优化生物打印组织的成分和功能。

随着组织工程、器官工程和制药科学的持续突破，生物打印将彻底改变医疗保健，为以前无法治愈的疾病提供解决方案，为再生医学的未来铺平道路。

参考文献

罗西，A.，佩斯卡拉，T.，甘贝利，A.M.，加吉亚，F.，阿斯塔纳，A.，佩里尔，Q.，巴斯塔，G.，莫雷蒂，M.，塞宁，F.，罗西，F.，G.和卡拉菲奥雷，R.（2024）。用于基于挤压的生物打印和生物医学应用的生物材料。 生物工程和生物技术前沿， 12。 https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1393641

Zhao, D.、Xu、H.、Yin, J. 和 Yang, H. (2022)。用于组织工程和制药的喷墨 3D 生物打印。 《浙江大学学报》。科学 A， 23(12)，955—973。 https://doi.org/10.1631/jzus.a2200569