【3D部落干貨分享】生物3D打印支架及細胞打印詳解

早在1986年，美國科學家發(fā)明了世界上第一臺3D打印機，但其技術卻在近年來才被人們廣為熟知，隨著時代的發(fā)展，3D打印已被更廣泛的應用在人們的日常生活中。3D打印的作用不僅僅是制造塑料、金屬等物品的模型，它還可以打印藥物，甚至與生物組織相結合，變革人類傳統(tǒng)的醫(yī)療模式。生物3D打印有以下主要研究領域：皮膚、骨組織、血管、器官（比如心臟，腎臟，胎盤，卵巢等等、藥物和營養(yǎng)物控釋。今天來講一講骨組織及血管打印的基礎：生物支架打印及細胞打印。

生物支架打印

細胞的生長繁殖、新陳代謝等生命活動需要一定的內環(huán)境，生物材料支架為細胞提供了類似體內環(huán)境的場所。支架由可降解吸收的生物材料打印而成，與相應的細胞混合成體外組織或器官模型，放置于培養(yǎng)箱或實驗動物體內培養(yǎng)，最終得到理想的打印產物。

支架的宏觀構造體現在組織器官的整體形狀 (如病人和器官個體差異性 、解剖學特點)，微觀結構反映在支架的內部架構( 如孔隙大小、形狀 、空間分布和孔隙互連)，納米級構造表現在支架 的表面修飾( 如細胞黏附、增殖和分化的生物分子黏結劑) 。理想的軟骨組織工程支架材料應具有以下特點：
* 良好的組織相容性；
* 良好的生物可降解性；
*有效的表面活性；
*一定的可塑性 ；
*有三維多孔結構。

血管打印是生物打印的基礎，有了血管里養(yǎng)分的供應，打印組織器官才能存活。血管3D打印目前一般采用支架材料+種子細胞的打印方式。種子細胞為血管 內皮細胞或可誘導分化的干細胞。支架材料主要有人工合成多聚體，以聚乳酸為代表。

一些學者利用纖維素、膠原、聚乳酸羥基乙酸共聚物等原材料打印出支架，然后將脂肪干細胞“嫁接”到支架內，接著誘導脂肪干細胞分化生成血管內皮細胞和平細胞，成功打印出人工血管。

細胞打印

支架技術的空間分辨率限制了細胞滲透到支架材料內部的速度，且不能實現高效率均勻貫穿整個支架；無法精確 地將不同種類的細胞按照人體組織器官的結構準確定位，并形成類似于天然組織器官的三維結構 ；固體支架由聚乳酸(PLA) 制成 ，較堅硬 。在制造可收縮性的組織如心臟血 管方面效果不好；用 固體支架接種 細胞會導致血管化的缺失，氧供不足，易引起組織或器官的壞死。

而細胞打印技術能夠將細胞、生長因子和支架結合在一起形成一個完整的整體結構，且各種類型的細胞能夠按照正常的解剖結夠準確定位，通過細胞、生長因子、支架之問的相互作用，行駛正常的生物學功能，因此，細胞打印被認為是組織工程 中 最有潛力的技術”。

目前細胞打印主要有以下幾種：
*激光引導直寫
*立體光刻印刷
*細胞直接三維受控組裝技術
*聲控打印
*基于細胞噴射的生物繪圖，生物三維打印技術
*噴墨細胞打印
*批量細胞打印

展望
目前3D打印在生物醫(yī)學領域的應用相對比較單一，忽視了器官、組織和系統(tǒng)間的相互聯(lián)系。血管打印是實現組織、器官打印的基礎，離開了血管里血液的供應，細胞無法存活。生物材料支架是人體生物打印的主流，要想真正實現能植入人體的生物打印，需要生物支架及工血管的混合打印，以及對人體細胞黏附、生長、分化機制的研究和各種生物材料結構與打印工藝的研究。

來源：3D部落
延伸閱讀：
突破！美公司開發(fā)出新型生物3D打印機，能打印肝祖細胞