3D生物打印

3D生物打印，是利用类似于3D打印的技术，将细胞、生长因子和生物材料结合在一起，以制造出xxx程度模仿自然组织特征的生物医学部件。通常，3D生物打印利用逐层方法来沉积称为生物墨水的材料，以创建类似组织的结构，随后将其用于医学和组织工程领域。生物印刷涵盖了广泛的生物材料。

目前，生物打印可用于打印组织和器官，以帮助研究药物和药丸。然而，新兴的创新跨越了对沉积在3D凝胶中的细胞或细胞外基质的生物打印，逐层产生所需的组织或器官。此外，3D生物打印已开始纳入支架的打印。这些支架可用于再生关节和韧带。

3D生物打印通常遵循三个步骤，即前生物打印、生物打印和后生物打印。

预生物打印是创建打印机稍后将创建的模型并选择将要使用的材料的过程。xxx步是对器官进行活检。用于生物打印的常见技术是计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）。为了使用逐层方法进行打印，必须对图像进行断层图像重建。然后将现在的2D图像发送到打印机进行制作。创建映像后，将隔离并复制某些单元格。然后将这些细胞与一种特殊的液化材料混合，该材料会提供氧气和其他营养以使其存活。在某些过程中，细胞被包裹在直径500μm的细胞球体中。细胞的这种聚集不需要支架，并且需要放置在管状组织融合物中以进行诸如挤出的过程。

在第二步中，将细胞、基质和营养物质（称为生物墨水）的液体混合物放入打印机墨盒中，并使用患者的医学扫描进行沉积。当将生物打印的预组织转移到培养箱中时，这种基于细胞的预组织会成熟成组织。

用于制造生物构建体的3D生物打印通常涉及使用连续的逐层方法将细胞分配到生物相容性支架上，以生成组织状的三维结构。通过3D生物打印制成的人造器官，例如肝脏和肾脏，已显示出缺乏影响人体的关键元素，例如工作血管、收集尿液的小管以及这些器官所需的数十亿个细胞的生长。没有这些成分，人体就无法获取内部必需的营养物质和氧气。考虑到人体中的每个组织自然都是由不同的细胞类型组成的，因此许多用于印刷这些细胞的技术在确保制造过程中细胞的稳定性和生存能力方面会有所不同。用于细胞3D生物打印的一些方法是光刻、磁性生物打印、立体光刻和直接细胞挤出。

为了从生物材料产生稳定的结构，必须进行生物后印刷过程。如果此过程维护不当，则3D打印对象的机械完整性和功能会受到威胁。为了维持物体，需要机械和化学刺激。这些刺激将信号发送到细胞，以控制组织的重塑和生长。此外，在最近的发展中，生物反应器技术允许组织快速成熟，组织血管化以及在移植物中存活的能力。

生物反应器的作用是提供对流养分的输送，创建微重力环境，改变压力以使溶液流过细胞，或者增加动态或静态负载的压缩力。每种类型的生物反应器都是不同类型组织的理想选择，例如压缩型生物反应器是软骨组织的理想选择。

该领域的研究人员已经开发出生产具有适当生物学和机械特性的生物器官的方法。3D生物打印基于三种主要方法：仿生、自主自组装和微型组织构造块。

生物打印的xxx种方法称为仿生。该方法的主要目标是创建与人体组织和器官中发现的自然结构相同的人造结构。仿生要求复制器官和组织的形状，框架和微环境。仿生技术在生物印刷中的应用涉及创造器官相同的细胞和细胞外部分。为了使这种方法成功，必须在微观尺度上复制组织。因此，有必要了解微环境，该微环境中生物力的性质、功能性和支持性细胞类型的精确组织，溶解度因子以及细胞外基质的组成。

生物打印的第二种方法是自主自组装。这种方法依赖于胚胎器官发育的物理过程，作为复制目标组织的模型。当细胞处于早期发育阶段时，它们会创建自己的细胞外基质构建块，适当的细胞信号传导以及独立的排列和模式，以提供所需的生物学功能和微结构。自主自组装需要有关胚胎组织和器官发育技术的特定信息。有一种“无支架”模型，该模型使用自组装球体进行融合和细胞排列，使其类似于不断发展的组织。自主自组装取决于细胞作为组织发生的基本驱动力，指导这些组织的结构单元、结构和功能特性。它需要对胚胎组织机制如何发展以及被包围以创建生物打印组织的微环境有更深入的了解。

生物打印的第三种方法是仿生方法和自组装方法的结合，称为微型组织。器官和组织是由很小的功能组件组成的。迷你纸巾的方法是将这些小零件制成，然后将它们制成更大的框架。

类似于普通墨水打印机，生物打印机具有三个主要组成部分。这些是所使用的硬件，生物墨水的类型以及其印刷的材料（生物材料）。“生物墨水是一种由活细胞制成的材料，其行为类似于液体，人们可以对其进行“印刷”以形成所需的形状。为了制造生物墨水，科学家们创造了一种可以形成细胞的浆液。将其与另一个装有一种称为生物纸的凝胶的墨盒一起装入墨盒中，并插入专门设计的打印机中。”在生物打印中，已经使用了三种主要类型的打印机。这些是喷墨、激光辅助和挤出打印机。喷墨打印机主要用于快速和大规模产品的生物打印。一种喷墨打印机，称为按需喷墨打印机，可以精确打印材料，从而xxx程度地降低了成本和浪费。利用激光的打印机提供高分辨率打印；但是，这些打印机通常很昂贵。挤出打印机逐层打印单元，就像3D打印创建3D结构一样。除细胞外，挤出打印机还可以使用注入细胞的水凝胶。

3D生物打印在医学领域有多种应用。一名患有罕见的呼吸系统疾病（称为气管支气管软化症（TBM））的婴儿患者接受了通过3D打印创建的气管夹板。3D生物打印可用于从人体各个部位重建组织。患有晚期膀胱疾病的患者可以通过使用工程膀胱组织重建受损器官进行治疗。该技术还可以潜在地应用于骨骼、皮肤、软骨和肌肉组织。尽管3D生物打印技术的长期目标是重建整个器官，但在打印功能齐全的器官方面几乎没有成功。与可植入支架不同，器官的形状复杂，很难进行生物打印。例如，生物打印的心脏不仅必须满足结构要求，而且还必须满足血管生成，机械负荷和电信号传播要求。以色列研究人员在2019年用人类细胞构建了兔子大小的心脏。

3D生物打印通过允许对称为生物材料的创新材料进行研究，从而为组织工程医学领域的重大进步做出了贡献。生物材料是适用于打印三维物体的材料。一些最引人注目的生物工程物质通常比包括软组织和骨骼在内的一般身体材料强。这些成分可以用作原始车身材料的未来替代品，甚至可以作为改进。例如，藻酸盐是一种阴离子聚合物，具有许多生物医学意义，与人体的某些结构材料相比，包括可行性，强生物相容性，低毒性和更强的结构能力。合成水凝胶也很常见，包括基于PV的凝胶。威克森林医学研究所已经评估了酸与紫外线引发的基于PV的交联剂的组合，并确定是合适的生物材料。工程师们还在探索其他选择，例如打印微通道，以使营养和氧气从邻近组织的扩散最大化。