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1、生物3D打印技術(shù)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(gè)概念：廣義上，直接為生物醫(yī)療領(lǐng)域服務(wù)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(xì)胞的生物墨水去構(gòu)造活性結(jié)構(gòu)。

 

 

從廣義上來分，生物3D 打印大致可劃分為4 個(gè)層次：

層次為制造無生物相容性要求的結(jié)構(gòu)，比如目前廣泛應(yīng)用于手術(shù)路徑規(guī)劃的3D 打?。坏诙哟螢橹圃煊猩锵嗳菪砸?、不可降解的制品，比如鈦合金關(guān)節(jié)、缺損修復(fù)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(xì)胞構(gòu)建仿生三維組織，也可稱之為細(xì)胞打印，比如打印藥物篩選及機(jī)理研究用的細(xì)胞模型、肝單元、皮膚、血管等。在狹義的概念上，細(xì)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(xué)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(xì)胞沉積在生物支架上形成細(xì)胞−材料復(fù)合物，然后將含細(xì)胞支架植入體內(nèi)，利用體內(nèi)環(huán)境進(jìn)行誘導(dǎo)形成相應(yīng)的組織或器官，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)傷修復(fù)和功能重建。目前組織工程的難點(diǎn)在于多細(xì)胞空間定位和不同細(xì)胞密度的沉積。生物3D 打印的優(yōu)勢(shì)就在于多細(xì)胞空間定向操控及不同細(xì)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(biāo)，原因有兩個(gè)：是目前缺口巨大，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)際上，由于器官捐獻(xiàn)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(duì)健康的重視，體外制造活性器官必然會(huì)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。第二是目前醫(yī)學(xué)機(jī)理機(jī)制研究需要更為精準(zhǔn)的體外模型，傳統(tǒng)的解決方案是基于細(xì)胞二維培養(yǎng)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。細(xì)胞二維培養(yǎng)和真實(shí)體內(nèi)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(jié)果，導(dǎo)致其參考價(jià)值有限。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)除了有很多倫理學(xué)的問題外，關(guān)鍵的是動(dòng)物的體內(nèi)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(xì)胞重構(gòu)出組織/器官所在的三維環(huán)境，無疑可以很好地彌補(bǔ)現(xiàn)有解決方案的缺陷，并且這一體外器官的構(gòu)建可以廣泛應(yīng)用于藥物篩選及疾病機(jī)理探究。

 

3、生物3D打印發(fā)展現(xiàn)狀

器官遠(yuǎn)比人們想象的要復(fù)雜得多：其一，很多內(nèi)在的發(fā)育機(jī)理機(jī)制在生物學(xué)上還有待更深的研究；其二：重現(xiàn)體內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)制造而言也是一大難題。以血管為例，血管是一個(gè)看起來結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的器官，但實(shí)際上血管除了有多層不同的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)（典型血管主要有內(nèi)皮、平滑肌及成纖維細(xì)胞構(gòu)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(nèi)病變血管具有相當(dāng)大的難度。對(duì)于醫(yī)學(xué)機(jī)理機(jī)制研究需求，主要是在體外構(gòu)建模擬體內(nèi)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(jī)理等方面?；谝陨显颍壳斑€無法通過體外構(gòu)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(gòu)造活性的三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)理想的手段。目前社會(huì)上對(duì)生物3D 打印存在一定的誤解，很多人認(rèn)為生物3D 打印已經(jīng)，什么材料都能打印，基于這一技術(shù)很快就可打印心臟、肝、腎、肺等器官并實(shí)現(xiàn)。 事實(shí)上，生物3D打印還遠(yuǎn)未達(dá)到最初器官打印的設(shè)想，體外打印能夠用于移植的活性器官還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。因?yàn)槟壳翱梢源蛴〕龊?xì)胞的結(jié)構(gòu)，但是打印的結(jié)構(gòu)僅僅在外形及結(jié)構(gòu)上類似體內(nèi)組織器官，結(jié)構(gòu)內(nèi)的細(xì)胞只具有簡(jiǎn)單的協(xié)同功能，與真實(shí)器官的復(fù)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。