了解 3D 生物打印：技術與影響

什麼是 3D 生物打印？

3D 生物打印是一種先進的生物打印技術，利用 3D 打印技術來製造人類組織和功能組織結構。通過精確地將活細胞、生物材料和細胞充滿的水凝膠層層次地沉積，這種添加劑製造過程可實現組織工程和器官工程，以適用於再生醫學應用。

生物打印解決方案利用多種生物打印技術，包括基於擠出生物打印、激光輔助生物打印和噴墨打印機技術，生產模仿人體器官和活組織的複雜性的生物打印組織。

該過程從生物打印前開始，其中生物打印軟件設計所需的組織的所需形狀，然後進行列印和生物打印後成熟。各種生物材料作為支持人類細胞的基礎材料，維持細胞活力和細胞密度，以便適當發育。科學家利用自主自組裝和無腳架的方法，結合類似胚胎器官發育的迷你組織構造塊。

內皮細胞和細胞外基質成分在形成血管方面起著重要的作用，確保人體內充足的血流和功能。這項創新技術正在塑造個性化醫學、藥物發現和製藥科學的未來，為藥物測試、藥物開發和人造器官的創造提供新方法。

生物打印方法

生物打印已經發展成為一個非常複雜的領域，採用各種生物打印技術來創建功能性組織，增強組織工程，以及推進再生醫學的器官工程。

以擠出為基礎的生物打印

以擠出為基礎的生物打印技術是最廣泛使用的生物打印技術之一，依靠控制的分配系統，逐層沉積細胞含量的水凝膠和生物材料，以形成生物打印組織。該方法允許精確控制細胞密度，確保細胞活力，同時創建具有所需形狀和結構的人類組織（Rossi 等，2024）。

由於其多功能性，這種方法對製造人造器官、軟骨和骨結構特別有益，使其成為再生醫學的重要工具。

以墨水為基礎的生物打印

噴墨打印機技術已適用於 3D 生物打印，使用活細胞和生物材料的滴滴來構建具有精確組成和功能的活組織。這種生物打印技術廣泛應用於藥物發現，藥物測試和製藥科學，可以在生物打印組織上進行高通量篩查藥物（Zhao et al., 2022）。

以高分辨率存放多種細胞類型的能力使噴墨生物打印成為用於創建微型組織建構塊，以促進胚胎器官發展和器官工程的有效方法

激光輔助生物打印

激光輔助生物打印是一種先進技術，利用激光脈衝來精確定位人體細胞，形成複雜的人組織，具有高度細胞活力和血流量。這種方法不需要基礎材料，允許通過自主自組裝，密切模仿人類天然器官進行無腳架的組織製造。

內皮細胞和細胞外基質成分經過精心排列，以形成血管，改善組織功能和整合到人體中。

生物打印的未來方向

生物打印解決方案的未來在於優化生物打印軟件，改善生物材料，以及改善生物打印後過程，以開發新的藥物開發和個性化醫學的方法。

隨著研究人員繼續探索添加製造技術，材料科學和生物打印技術的創新將為醫療保健中更先進的 3D 打印應用鋪平道路，彌合實驗列印和功能完全的器官之間的差距（自然生物醫學工程，不等。）。

生物打印過程

生物打印過程是一種高度先進的技術，結合 3D 生物打印和組織工程，以創建生物打印組織，用於再生醫學、藥物發現和器官工程中的應用。

該過程從預生物打印開始，其中使用生物打印軟件來設計所需組織的所需形狀和結構。接下來，以擠出為基礎的生物打印、激光輔助生物打印或噴墨打印機技術，逐層地存放充滿細胞的水凝膠、生物材料和活細胞，以構建功能性組織。這些生物印刷技術確保適當的細胞密度、細胞活力和組成，形成複雜的人體組織甚至人工器官。

印刷後，生物印刷後涉及培育結構以促進胚胎器官發育，使人體細胞在細胞外基質中成熟，並整合內皮細胞形成的血管，以實現正確的血液流動。無腳架的方法，例如自主自組裝，利用迷你組織構件來增強生物功能。

生物打印的應用

生物打印技術通過促進功能組織，甚至人工器官的創建功能組織，甚至人造器官，為再生醫學，藥物發現和個性化醫學提供突破性的生物打印解決方案，從而改變醫療保健。

組織工程和再生醫學

3D Bbprinting 是通過使用活細胞，細胞外基質和細胞充滿水凝膠製造生物打印組織來改變組織工程。這些組織可以替換或修復受損的人類組織，改善燒傷、傷口和退行性疾病的治療方法。使用自主自組裝和迷你組織構造塊列印無腳架結構的能力可增強細胞活力並支持胚胎器官發育

器官工程和人造器官

器官工程的進步正在使通過生物打印技術創造的人體器官的可能性更接近現實。以擠出為基礎的生物打印和激光輔助生物打印使研究人員能夠設計複雜的器官結構，整合內皮細胞和血管，以確保正確的血流和功能。

這些發展可以通過為移植提供定制的生物打印組織來解決全球器官短缺危機。

藥物發現和藥物研究

生物打印技術通過創建用於評估藥物反應的人體組織來徹底改變了藥物發現和藥物測試。研究人員不依賴動物模型，而是使用生物打印軟件開發具有精確細胞密度和所需的組織結構的生物材料，使藥物試驗更加可靠。製藥科學的這一進步加速藥物開發，同時減少道德問題。

個性化醫學與未來創新

生物打印解決方案能夠使用 3D 打印活組織的能力，通過為個別患者量身定制人類細胞和生物材料來提供個性化的治療方法。個性化醫學的這項創新改善了移植、義肢和重建手術的兼容性。隨著新的方法出現，結合添加製造、生物打印軟件和材料科學的生物打印技術將塑造精密醫學的未來。

生物打印的未來

生物印刷技術的未來正在迅速發展，科學家正在開發新的方法來改善生物印刷組織，集成內皮細胞和血管，以確保正確的血液流動。主要進步包括：

• 個性化醫學: 3D Bbprinting 將提供針對個別患者量身定制的生物打印解決方案，從而改善移植成功並降低排除率。
• 人工器官： 使用擠出式生物打印和激光輔助生物打印的人體組織發展可能會導致可行的人工器官進行移植。
• 高級藥物測試： 生物印刷技術將取代傳統動物測試，通過使用功能組織和生物材料來模擬人類在藥物開發中的反應。
• 新一代材料：材料科學和 Bbprinting 軟件的創新將增強無腳架組織結構，優化生物印刷組織的組成和功能。

憑藉組織工程、器官工程和製藥科學領域的持續突破，生物打印將徹底改變醫療保健，為以前無法治療的疾病提供解決方案，並為再生醫學的未來鋪平道路。

參考文獻

羅西，A.，佩斯卡拉，T.，甘貝利，A.M.，加吉亞，F.，阿斯塔納，A.，佩里爾，Q.，巴斯塔，G.，莫雷蒂，M.，森尼，N.，羅西，F.，奧蘭多，G. 和卡拉菲奧雷，R.（2024）。生物材料用於擠出生物印刷和生物醫學應用。 生物工程與生物技術領域的前沿， 12。 https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1393641

趙德·徐赫、陰志、楊漢（2022 年）。用於組織工程和製藥用的噴墨 3D 生物打印。 浙江大學雜誌。科學 A， 23（十二），955—973。 https://doi.org/10.1631/jzus.a2200569