3D打印組織/器官技術(shù)的問題和技術(shù)制約

3D 組織/器官打印技術(shù)尚處于起步階段，還有很多問題需要解決  
①力學(xué)方面：噴射過程中的剪切力和液滴的沖擊力會對打印細(xì)胞液活性造成沖擊。因此，“生物墨水”的配制必須符合流體力學(xué)的要求，包括黏滯性、密度、表 面張力等重要參數(shù)。這些因素 均可造成細(xì)胞的損失影響細(xì)胞的存活，從而不利于體外的培養(yǎng)。同時打印前，打印過程中 均要求所打印的細(xì)胞或分子保持液態(tài)，而打印 后又要求其必須立即凝固，以維 持黏彈性狀態(tài)。這種液態(tài)到固態(tài)的變化必須保證不引起細(xì)胞、生物活性因子以及其他微粒的損傷，這也對3D 打印的發(fā)展提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

②生物支架材料 ：生物支架材料要解決的問題有：支架材料的可降解性及降解速率；材料的機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度；支架的最 適孔徑和孔隙率。適度的生物降解速率，指該降解速率需和組織再生的速率相匹配，最后可完全吸收或可安全排出。合適的孔尺寸、高的孔隙率(90%) 和相連的孔形態(tài)，對于大量細(xì)胞的種植、細(xì)胞和組織的生長、細(xì)胞外 基質(zhì)的形成、氧氣和營養(yǎng)的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神經(jīng)的內(nèi)生長起著決定作用。雖然，支架的最 適孔徑尚無定論，但學(xué)者還是公認(rèn)，幾十到幾百微米的孔徑對于細(xì)胞的遷移和長入支架內(nèi)部通常認(rèn)為是必需的。支架 孔徑過小，不利于細(xì)胞的穿透，培養(yǎng)的細(xì)胞經(jīng)過很長的時間，仍然依附于支架表面，未能 穿透到支架內(nèi)部。支架 孔徑過大，不利于細(xì)胞的黏附和鋪展，同樣會妨礙細(xì)胞生長。解決此問題的一個方法是用納米纖維與微米纖維共同構(gòu)建支架材料。納米纖維為細(xì)胞的黏附和生長提供合適的表面形態(tài)，利于細(xì)胞在支架上的 黏附與生長，微米纖維提供整體的環(huán)境，利于細(xì)胞 滲透到支架內(nèi)部。所以 微/納米復(fù)合纖維支架應(yīng)用于組織工程具有很大潛力。

目 前國內(nèi)外研究的支架材料種類眾多，但歸納起來可分為兩大種類：一類是天然生物衍生材料，如脫鈣骨基質(zhì)、殼聚糖、藻酸鹽凝膠等；另一類是人工合成生物高分子材料，主要有羥基磷灰石、磷酸三鈣、生物 活性玻璃等無機(jī)材料和以聚乳酸及其共聚物等為代表的有機(jī)材料。這些支架材料都各有其優(yōu)缺點，傳統(tǒng)的支架往往是單一的有機(jī)物或無機(jī)物，但其往往不能同時滿足3D 打印的需要，因此，現(xiàn)在的研究方向是發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢，彌補(bǔ)單一材料的不足，制造出各種復(fù)合支架材料。

③生物學(xué)方面：3D 打印過程中必須優(yōu)先考慮的問題就是如何保持細(xì)胞的活力以及產(chǎn)品的塑形。組織/器官打印必須處理好的幾個生物學(xué)問題包括：
A. 所選擇的打印方法對細(xì)胞和DNA既無毒性，也不會引起不可逆的損傷，在整打印過程中都要求是無菌化的。
B. 打印的構(gòu)建物可以快速成型，成為有凝聚性的、具有機(jī)械穩(wěn)定性的三維結(jié)構(gòu)，不能在打印后出現(xiàn)溶解或坍塌。
C.打印的構(gòu)建物可以進(jìn)行體外培養(yǎng)、增殖、分化、發(fā)育等后處理過程，要求構(gòu)建模型是具有組織/ 器官三維特征的，能夠模擬組  織/ 器官特異性的微結(jié)構(gòu)和微環(huán)境。
D.構(gòu)建的組織/ 器官的再血管化問題也非常關(guān)鍵，它是構(gòu)建組織/器官成活的關(guān)鍵，血管可以及時為種子細(xì)胞提供其成活所必需的營養(yǎng)，并且可以排泄代謝廢物。