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生物3d打印技術簡介及發(fā)展現(xiàn)狀
閱讀：456 發(fā)布時間：2022-12-161、生物3D打印技術的概念
隨著生物3D 打印的發(fā)展，其概念也在不斷地延伸，目前可分為廣義及狹義2 個概念：廣義上，直接為生物醫(yī)療領域服務的3D 打印都可視為生物3D 打印的范疇，而從狹義上，通常指操縱含細胞的生物墨水去構造活性結構。
從廣義上來分，生物3D 打印大致可劃分為4 個層次：
層次為制造無生物相容性要求的結構，比如目前廣泛應用于手術路徑規(guī)劃的3D 打印；第二層次為制造有生物相容性要求、不可降解的制品，比如鈦合金關節(jié)、缺損修復的硅膠假體等；第三層次為制造有生物相容性要求，可降解的制品，比如活性陶瓷骨、可降解的血管支架等；第四層次就是狹義生物3D 打印，即操縱活細胞構建仿生三維組織，也可稱之為細胞打印，比如打印藥物篩選及機理研究用的細胞模型、肝單元、皮膚、血管等。在狹義的概念上，細胞打印與生物3D 打印概念可以互換。
2、生物3D打印意義
生物3D 打印總是和組織工程及再生醫(yī)學緊密相連，其中組織工程是手段，組織再生是目的。組織工程是指先將細胞沉積在生物支架上形成細胞−材料復合物，然后將含細胞支架植入體內，利用體內環(huán)境進行誘導形成相應的組織或器官，實現(xiàn)創(chuàng)傷修復和功能重建。目前組織工程的難點在于多細胞空間定位和不同細胞密度的沉積。生物3D 打印的優(yōu)勢就在于多細胞空間定向操控及不同細胞密度的可控沉積恰好可以解決組織工程目前所面臨的難題。
體外制造活性組織/器官一直以來就是人類追求的目標，原因有兩個：是目前缺口巨大，無論是國內還是國際上，由于器官捐獻量不足，配型的成功率也不高，需要的病人能做的事情主要是等待。因此，隨著科技的發(fā)展以及人類對健康的重視，體外制造活性器官必然會成為一個研究熱點。第二是目前醫(yī)學機理機制研究需要更為精準的體外模型，傳統(tǒng)的解決方案是基于細胞二維培養(yǎng)及動物實驗。細胞二維培養(yǎng)和真實體內的三維環(huán)境相比差異太大，有些情況下還有可能出現(xiàn)互相矛盾的結果，導致其參考價值有限。動物實驗除了有很多倫理學的問題外，關鍵的是動物的體內環(huán)境和人體環(huán)境有很大的差別。 如果能在體外采用人體細胞重構出組織/器官所在的三維環(huán)境，無疑可以很好地彌補現(xiàn)有解決方案的缺陷，并且這一體外器官的構建可以廣泛應用于藥物篩選及疾病機理探究。
3、生物3D打印發(fā)展現(xiàn)狀
器官遠比人們想象的要復雜得多：其一，很多內在的發(fā)育機理機制在生物學上還有待更深的研究；其二：重現(xiàn)體內的精細結構對制造而言也是一大難題。以血管為例，血管是一個看起來結構簡單的器官，但實際上血管除了有多層不同的細胞組織結構（典型血管主要有內皮、平滑肌及成纖維細胞構成）外，血管壁的選擇性通透、血管壁的彈性及抗凝等功能都使得體外制造活性血管以替換體內病變血管具有相當大的難度。對于醫(yī)學機理機制研究需求，主要是在體外構建模擬體內的三維生物環(huán)境，目前研究集中在高通量藥物篩選、器官發(fā)育及病變機理等方面。基于以上原因，目前還無法通過體外構建組織或器官解決目前公園不足的問題。
生物3D打印成為體外構造活性的三維細胞結構理想的手段。目前社會上對生物3D 打印存在一定的誤解，很多人認為生物3D 打印已經，什么材料都能打印，基于這一技術很快就可打印心臟、肝、腎、肺等器官并實現(xiàn)。 事實上，生物3D打印還遠未達到最初器官打印的設想，體外打印能夠用于移植的活性器官還有相當長的路要走。因為目前可以打印出含細胞的結構，但是打印的結構僅僅在外形及結構上類似體內組織器官，結構內的細胞只具有簡單的協(xié)同功能，與真實器官的復雜生理功能還有很大差距。這也是目前生物3D打印面臨的難題。