生物3D打印是直接打印生命體嗎？幾幅漫畫講明白

來源：EngineeringForLife

1986年，Charles Hull開發(fā)了世界上第一臺商業(yè)3D打印機，30多年后的今天，3D打印已融入進我們生活中的方方面面。2000年前后，Clemson university、University of Missouri、Drexel University的諸位教授首次提出了生物3D打印這一概念，這是人類首次將生物和3D打印技術(shù)進行結(jié)合的嘗試，生命和制造之間從此多了一條聯(lián)系的紐帶。

生物3D打印是什么？
想要了解生物3D打印，首先要對它有個基本的概念。生物3D打印是什么？要說明這個問題，我們首先要清楚生物3D打印的定義。廣義上來講，一切使用3D打印技術(shù)來實現(xiàn)的生物醫(yī)學應用都屬于生物3D打印范疇之內(nèi)的東西，我們見過的一些3D打印制造的醫(yī)療輔助工具以及骨骼替代物都屬于廣義角度的生物3D打印。狹義上來講，生物3D打印是指通過打印這一過程實現(xiàn)細胞的三維結(jié)構(gòu)成型，也就是我們常說的細胞打印或器官打印，現(xiàn)階段大多數(shù)與生物3D打印相關(guān)的研究工作都是從狹義角度開展的。

生物3D打印研究中最為關(guān)鍵的三個要素是：生物墨水、打印技術(shù)以及組織重建或體外器官功能化，就第三個要素而言，其與組織工程和再生醫(yī)學之間的界限并不明顯。如果把人比作一部巨大的機器，生物3D打印的存在更像是為這部“機器”去制造那些可用來替換“故障零件”的技術(shù)（器官移植），但目前它只能用來制作一些用于模擬“解決或發(fā)現(xiàn)故障”的仿真模型（體外模型），現(xiàn)階段距離實現(xiàn)“零件的替換”只走出了萬里長征的第一步。體外模型構(gòu)建作為生物3D打印的主要應用點，其可實現(xiàn)個性化精準醫(yī)療、藥物篩選以及疾病機制的研究。

△初識生物3D打�。ㄒ�自：https://doi.org/10.1007/s42242-019-00053-8）

生物3D打印怎么做？
想要實現(xiàn)生物3D打印必定要用到特定的工具，常見的生物3D打印技術(shù)有噴墨式、擠出式、光固化式這三種。沒接觸過3D打印的小伙伴看到這些或許有點犯暈了，噴墨式？擠出式？光固化式？這些都代表什么意思？在這里我們可以拿我們生活中經(jīng)常吃的“土豆”來進行形象的類比。我們吃土豆的時候會把土豆切成土豆丁、土豆條、土豆片，這一個個以丁、條、片形式存在的土豆單元可以作為組成一整個土豆的基本素材，我們可以像拼積木一樣把他們組裝在一起，“土豆丁”就是噴墨式生物打印方法中的液滴，該方法通過組合液滴來實現(xiàn)三維成型；“土豆條”則是擠出式生物3D打印中的水凝膠線條；“土豆片”是光固化式生物3D打印中的光照固化形成的水凝膠平面。除此之外還有一些較為先進的生物 3D打印方法，例如懸浮打印、同軸打印和投影式打印方法等。目前市面上的生物3D打印設(shè)備大多數(shù)體型較為巨大、功能繁雜且昂貴價格，大家都難以有一個相對量化的指標去評判最終結(jié)果。生物3D打印設(shè)備的最終使用人群主要還是一線的科研人員和醫(yī)生，這就要求生物3D打印機要適合生物醫(yī)學背景的人員進行操作，其需要具有價格合理、操作簡便、量化指標、普遍適用的特性。

△生物3D打印的實現(xiàn)方法和現(xiàn)階段需求（引自：https://doi.org/10.1007/s42242-020-00064-w）

生物3D打印做什么？

生物3D打印三要素中組織重建和體外器官功能化是現(xiàn)階段該領(lǐng)域研究的最終落腳點，其中構(gòu)建用于藥物篩選的體外3D模型常常被當作相關(guān)研究熱點。理想的體外模型能更好地再現(xiàn)體內(nèi)病理狀況，再現(xiàn)人體組織的形態(tài)和功能，有助于提高藥物篩選效率。現(xiàn)階段藥物篩選存在的問題是其高昂的成本以及倫理道德方面的限制，通過使用生物3D打印制造的類器官、迷你組織、器官芯片可從原理上說可規(guī)避上述問題，另外也容易標準化，其在構(gòu)建藥物篩選模型上具有其獨特的優(yōu)勢。我們認為通過使用生物3D打印體外組裝人體細胞，制造組織和器官模型是生物3D打印未來需要著重發(fā)力的方向。

△生物3D打印體外模型用于藥物篩選（引自：https://doi.org/10.1007/s42242-020-00067-7）