【3D部落干貨分享】生物3D打印支架及細(xì)胞打印詳解

早在1986年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)，但其技術(shù)卻在近年來(lái)才被人們廣為熟知，隨著時(shí)代的發(fā)展，3D打印已被更廣泛的應(yīng)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(jié)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(lǐng)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(yíng)養(yǎng)物控釋。今天來(lái)講一講骨組織及血管打印的基礎(chǔ)：生物支架打印及細(xì)胞打印。

生物支架打印

細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖、新陳代謝等生命活動(dòng)需要一定的內(nèi)環(huán)境，生物材料支架為細(xì)胞提供了類似體內(nèi)環(huán)境的場(chǎng)所。支架由可降解吸收的生物材料打印而成，與相應(yīng)的細(xì)胞混合成體外組織或器官模型，放置于培養(yǎng)箱或?qū)嶒?yàn)動(dòng)物體內(nèi)培養(yǎng)，最終得到理想的打印產(chǎn)物。

支架的宏觀構(gòu)造體現(xiàn)在組織器官的整體形狀 (如病人和器官個(gè)體差異性 、解剖學(xué)特點(diǎn))，微觀結(jié)構(gòu)反映在支架的內(nèi)部架構(gòu)( 如孔隙大小、形狀 、空間分布和孔隙互連)，納米級(jí)構(gòu)造表現(xiàn)在支架 的表面修飾( 如細(xì)胞黏附、增殖和分化的生物分子黏結(jié)劑) 。理想的軟骨組織工程支架材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
* 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(jié)構(gòu)。

血管打印是生物打印的基礎(chǔ)，有了血管里養(yǎng)分的供應(yīng)，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(xì)胞的打印方式。種子細(xì)胞為血管 內(nèi)皮細(xì)胞或可誘導(dǎo)分化的干細(xì)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(xué)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(xì)胞“嫁接”到支架內(nèi)，接著誘導(dǎo)脂肪干細(xì)胞分化生成血管內(nèi)皮細(xì)胞和平細(xì)胞，成功打印出人工血管。

細(xì)胞打印

支架技術(shù)的空間分辨率限制了細(xì)胞滲透到支架材料內(nèi)部的速度，且不能實(shí)現(xiàn)高效率均勻貫穿整個(gè)支架；無(wú)法精確 地將不同種類的細(xì)胞按照人體組織器官的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確定位，并形成類似于天然組織器官的三維結(jié)構(gòu) ；固體支架由聚乳酸(PLA) 制成 ，較堅(jiān)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(xì)胞會(huì)導(dǎo)致血管化的缺失，氧供不足，易引起組織或器官的壞死。

而細(xì)胞打印技術(shù)能夠?qū)⒓?xì)胞、生長(zhǎng)因子和支架結(jié)合在一起形成一個(gè)完整的整體結(jié)構(gòu)，且各種類型的細(xì)胞能夠按照正常的解剖結(jié)夠準(zhǔn)確定位，通過(guò)細(xì)胞、生長(zhǎng)因子、支架之問(wèn)的相互作用，行駛正常的生物學(xué)功能，因此，細(xì)胞打印被認(rèn)為是組織工程 中 最有潛力的技術(shù)”。

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

展望
目前3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)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(shí)現(xiàn)組織、器官打印的基礎(chǔ)，離開(kāi)了血管里血液的供應(yīng)，細(xì)胞無(wú)法存活。生物材料支架是人體生物打印的主流，要想真正實(shí)現(xiàn)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(duì)人體細(xì)胞黏附、生長(zhǎng)、分化機(jī)制的研究和各種生物材料結(jié)構(gòu)與打印工藝的研究。

來(lái)源：3D部落
延伸閱讀：
突破！美公司開(kāi)發(fā)出新型生物3D打印機(jī)，能打印肝祖細(xì)胞