國際研究人員發(fā)布《3D生物打印路線圖》

2020年2月17日，南極熊從外媒獲悉，來自大學(xué)，機(jī)構(gòu)和醫(yī)院的全球研究人員和科學(xué)家聚集在一起，為3D生物打印制定了路線圖。

該論文發(fā)表在《Biofabrication》雜志上，詳細(xì)介紹了生物3D打印的現(xiàn)狀，包括該技術(shù)在特定應(yīng)用中的最新進(jìn)展以及當(dāng)前的發(fā)展和挑戰(zhàn)。它還預(yù)想了該技術(shù)在未來如何改進(jìn)，并詳細(xì)介紹了制定路線圖的研究。

每個(gè)作者都專注于研究生物打印技術(shù)的不同方面，這些主題涉及從細(xì)胞擴(kuò)增和新型生物墨水開發(fā)到細(xì)胞/干細(xì)胞打印，從基于類器官的組織到人體規(guī)模組織結(jié)構(gòu)的生物打印，以及從構(gòu)建細(xì)胞/組織/單芯片器官到生物多細(xì)胞工程化的生活系統(tǒng)。

作者在論文摘要中表示：“由于目前生物打印技術(shù)方法的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，該領(lǐng)域前進(jìn)的方向尚不明確。本生物3D打印路線圖通過提供全面的摘要和建議，供有經(jīng)驗(yàn)的研究人員和該領(lǐng)域的新手使用，從而解決了此問題�！�

生物打印技術(shù)的進(jìn)步。圖片來自《Biofabrication》

生物打印路線圖

在論文的引言中，費(fèi)城德雷塞爾大學(xué)和中國清華大學(xué)的孫偉教授解釋了生物打印必須克服的挑戰(zhàn)。這些工作圍繞著新一代生物墨水的創(chuàng)建而展開，這些生物墨水能夠更好地運(yùn)輸，保護(hù)和生長細(xì)胞。改進(jìn)生物打印工藝；有效交聯(lián)；并與微流體設(shè)備集成，為培養(yǎng)生物打印模型提供了長期的模擬生理環(huán)境。

第一部分，“從細(xì)胞擴(kuò)增到3D細(xì)胞打印”，討論了細(xì)胞擴(kuò)增在生物打印中的重要性。報(bào)告指出，需要改進(jìn)基于生物反應(yīng)器的細(xì)胞擴(kuò)增系統(tǒng)，以提高生物醫(yī)學(xué)在再生醫(yī)學(xué)和組織工程產(chǎn)品市場中的采用率�；�于生物反應(yīng)器的系統(tǒng)比利用平板培養(yǎng)解決方案的傳統(tǒng)方法能夠更快地?cái)U(kuò)增細(xì)胞。

用于擠出生物印刷的生物油墨。圖片來自《Biofabrication》

作者還研究了對(duì)生物3D打印過程至關(guān)重要的生物墨水的狀態(tài)。該論文指出，盡管在用于生物打印的生物墨水工程學(xué)方面取得了重大進(jìn)展，仍需要在該領(lǐng)域取得進(jìn)一步進(jìn)展，以促進(jìn)細(xì)胞在微環(huán)境中的包裹，從而改善天然組織，器官的復(fù)制及其復(fù)雜性。

涵蓋的另一個(gè)主題是干細(xì)胞的生物打印。研究人員稱，由于其作為細(xì)胞源的強(qiáng)大可再生性，以及在人體內(nèi)分化和成熟為多種細(xì)胞類型的潛力，這一領(lǐng)域保持了“對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用的巨大希望”。但是，在實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞生物打印的全部潛力之前，仍有許多障礙和挑戰(zhàn)需要克服。這些障礙概括為三個(gè)方面：物理打印效應(yīng)對(duì)干細(xì)胞生物打印的影響；生物墨水的特性；以及3D培養(yǎng)的干細(xì)胞的生物學(xué)挑戰(zhàn)。最近，來自多倫多大學(xué)（UoT）和森尼布魯克健康科學(xué)中心的研究人員開發(fā)了一種手持設(shè)備，該設(shè)備能夠3D生物打印能夠治愈燒傷傷口的干細(xì)胞薄片。

生物印打印的下一個(gè)前沿

本文繼續(xù)討論“大規(guī)模有效地生產(chǎn)類器官或細(xì)胞聚集體”。類器官是有用的，因?yàn)樗鼈冇行У啬７铝梭w內(nèi)組織或器官的生理微觀結(jié)構(gòu)。大規(guī)模生產(chǎn)類器官的一個(gè)重大障礙是生產(chǎn)成本高和生產(chǎn)相關(guān)的困難。

研究人員還探索了3D打印的生物雜交組織，作為研究疾病的體外生物學(xué)模型。他們解釋說3D生物打印通過使組織具有精確的細(xì)胞空間排列，具有創(chuàng)造更好的疾病模型的潛力。體內(nèi)組織不可或缺的許多功能，用于評(píng)估藥物反應(yīng)，無法在生物打印中成功復(fù)制。這包括多層屏障功能，以控制外用藥物的透皮遞送，研究人員認(rèn)為，可以通過創(chuàng)建3D打印的生物雜交組織來復(fù)制這種功能。

除了進(jìn)一步探索組織組裝，單片器官發(fā)育和多細(xì)胞工程化的生活系統(tǒng)外，該論文還研究了太空中的生物打印。多虧了微重力，在太空進(jìn)行生物打印的一個(gè)優(yōu)勢是創(chuàng)造了具有更多流體，生物相容性的生物膜的生物打印結(jié)構(gòu)。此外，微重力條件允許對(duì)具有更復(fù)雜幾何形狀（如空隙，空腔和隧道）的組織和器官構(gòu)造進(jìn)行3D生物打印。

宇航員克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）在國際空間站上使用BFF。圖片來自NASA。

美國，歐盟，俄羅斯和中國的數(shù)個(gè)研究小組和公司已經(jīng)在這個(gè)方向探索，他們正在積極準(zhǔn)備在太空進(jìn)行生物打印所需的研究基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備。例如，nScrypt和Techshot的3D生物制造工廠（BFF）生物打印機(jī)目前正在國際空間站（ISS）上。本周，包含用于BFF的3D打印耗材的有效載荷被運(yùn)送到國際空間站，用于保存人體細(xì)胞，生物墨水和一組新的3D打印陶瓷流體歧管的樣品，以代替以前使用的打印聚合物。俄羅斯生物技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室3D Bioprinting Solutions也有其3D生物打印機(jī)Organ.Aut，安裝在國際空間站上。該公司最近能夠在零重力下對(duì)骨骼組織進(jìn)行3D生物打印。

《生物打印路線圖》發(fā)表在《Biofabrication》雜志上，由多位作者撰寫，包括北卡羅萊納州立大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授Binil Starly；賓夕法尼亞大學(xué)的生物工程師Jason Burdick；英國Maverex的生命科學(xué)醫(yī)學(xué)作家Gregor Skeldon；格拉斯哥斯特拉斯克萊德大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授Wenmiao Shu；艾默里大學(xué)醫(yī)院（Emory University Hospital）的骨科醫(yī)生安德魯·戴利（Andrew Daly）；德國維爾茨堡大學(xué)醫(yī)學(xué)和牙科功能材料教授JürgenGroll；浦項(xiàng)科技大學(xué)機(jī)械工程師Dong-woo Cho；3D Bioprinting Solutions首席科學(xué)官Vladimir A. Mironov。

論文原文：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab5158/pdf


編譯自：3dprintingindustry