【轨道运校·3D打印专业】生物支架及细胞打印详解

   早在1986年，美国科学家发明了世界上第一台3D打印机，但其技术却在近年来才被人们广为熟知，随着时代的发展，3D打印已被更广泛的应用在人们的日常生活中。3D打印的作用不仅仅是制造塑料、金属等物品的模型，它还可以打印药物，甚至与生物组织相结合，变革人类传统的医疗模式。

生物3D打印有以下主要研究领域：皮肤、骨组织、血管、器官（比如心脏，肾脏，胎盘，卵巢等等、药物和营养物控释。今天来讲一讲骨组织及血管打印的基础：生物支架打印及细胞打印。

 生物支架打印

   细胞的生长繁殖、新陈代谢等生命活动需要一定的内环境，生物材料支架为细胞提供了类似体内环境的场所。支架由可降解吸收的生物材料打印而成，与相应的细胞混合成体外组织或器官模型，放置于培养箱或实验动物体内培养，最终得到理想的打印产物。

   支架的宏观构造体现在组织器官的整体形状 (如病人和器官个体差异性 、解剖学特点)，微观结构反映在支架的内部架构( 如孔隙大小、形状 、空间分布和孔隙互连)，纳米级构造表现在支架 的表面修饰( 如细胞黏附、增殖和分化的生物分子黏结剂) 。理想的软骨组织工程支架材料应具有以下特点：
* 良好的组织相容性；
* 良好的生物可降解性；
*有效的表面活性；
*一定的可塑性 ；
*有三维多孔结构。

   血管打印是生物打印的基础，有了血管里养分的供应，打印组织器官才能存活。血管3D打印目前一般采用支架材料+种子细胞的打印方式。种子细胞为血管 内皮细胞或可诱导分化的干细胞。支架材料主要有人工合成多聚体，以聚乳酸为代表。

   一些学者利用纤维素、胶原、聚乳酸羟基乙酸共聚物等原材料打印出支架，然后将脂肪干细胞“嫁接”到支架内，接着诱导脂肪干细胞分化生成血管内皮细胞和平细胞，成功打印出人工血管。

细胞打印

 
   支架技术的空间分辨率限制了细胞渗透到支架材料内部的速度，且不能实现高效率均匀贯穿整个支架；无法精确 地将不同种类的细胞按照人体组织器官的结构准确定位，并形成类似于天然组织器官的三维结构 ；固体支架由聚乳酸(PLA) 制成 ，较坚硬 。在制造可收缩性的组织如心脏血 管方面效果不好；用 固体支架接种 细胞会导致血管化的缺失，氧供不足，易引起组织或器官的坏死。

   而细胞打印技术能够将细胞、生长因子和支架结合在一起形成一个完整的整体结构，且各种类型的细胞能够按照正常的解剖结够准确定位，通过细胞、生长因子、支架之问的相互作用，行驶正常的生物学功能，因此，细胞打印被认为是组织工程 中 最有潜力的技术”。

目前细胞打印主要有以下几种：
*激光引导直写
*立体光刻印刷
*细胞直接三维受控组装技术
*声控打印
*基于细胞喷射的生物绘图，生物三维打印技术
*喷墨细胞打印
*批量细胞打印

展望

目前3D打印在生物医学领域的应用相对比较单一，忽视了器官、组织和系统间的相互联系。血管打印是实现组织、器官打印的基础，离开了血管里血液的供应，细胞无法存活。生物材料支架是人体生物打印的主流，要想真正实现能植入人体的生物打印，需要生物支架及工血管的混合打印，以及对人体细胞黏附、生长、分化机制的研究和各种生物材料结构与打印工艺的研究。
 

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