3D生物打印機(jī)是一種能夠在數(shù)字三維模型驅(qū)動(dòng)下，按照增材制造原理定位裝配生物材料或細(xì)胞單元，制造醫(yī)療器械、組織工程支架和組織器官等制品的裝備。
目前在傳統(tǒng)組織工程領(lǐng)域，制造血管及血管化組織仍是主要挑戰(zhàn)。生物打印通過逐層沉積細(xì)胞、生長因子和細(xì)胞外基質(zhì)樣水凝膠，能夠以解剖精度制造具有多種細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特異性生物組織，極大地促進(jìn)了組織工程和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展。生物打印相較于其他生物制造方法具有諸多優(yōu)勢，期望在解決血管化問題方面提供切實(shí)可行的方案，并推進(jìn)組織工程化血管臨床轉(zhuǎn)化。

圖1 生物打印血管及血管化組織示意圖

圖1為生物打印血管及血管化組織示意圖。生物墨水通過金屬離子-、酶-或光聚合交聯(lián)機(jī)制進(jìn)行聚合固化。在細(xì)胞培養(yǎng)成熟前，一般需要支撐（犧牲）材料來維持整個(gè)生物制造體的結(jié)構(gòu)以及保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。理想情況下，組織工程化血管應(yīng)該和原生血管一樣，具有外模、中膜和內(nèi)膜三層結(jié)構(gòu)，并且具有收縮舒張、營養(yǎng)物質(zhì)和氧滲透功能。
根據(jù)工作原理，目前生物3D技術(shù)打印可以概括分為3種:擠壓成型生物打印（EBB）、液滴噴射生物打?。―BB）和激光輔助生物打印（LBB）。生物打印技術(shù)制造組織工程化血管主要通過兩種方式：1.有支架方式，活細(xì)胞被包裹在水凝膠或者脫細(xì)胞基質(zhì)等外源性生物材料中進(jìn)行打印，支架為細(xì)胞的早期生長提供臨時(shí)支持，通過生物學(xué)、化學(xué)和力學(xué)因素來誘導(dǎo)細(xì)胞分化成熟。

 
圖2 直接擠壓式生物打印血管過程示意圖

圖2為直接擠壓式生物打印血管過程示意圖，生物墨水包含細(xì)胞和支撐材料，直接打印出管狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)培育成熟后，獲得組織工程化血管。

 
圖3 共軸擠壓生物打印血管示意圖

圖3為共軸擠壓式生物打印血管過程示意圖，生物墨水和支撐材料通過同軸噴嘴系統(tǒng)，在打印過程中進(jìn)行混合交聯(lián)，構(gòu)建空心管狀結(jié)構(gòu)；2.無支架方式，誘導(dǎo)活細(xì)胞形成新生組織，進(jìn)行無支撐打印，打印后需要后處理，包括細(xì)胞分選和組織融合，類似于早起胚胎發(fā)育過程中的自組裝現(xiàn)象。第2種方式避免了支架機(jī)械強(qiáng)度不足和聚合物殘留阻礙細(xì)胞生長的弊端，可以打印直徑小于1mm的微細(xì)血管。

 

圖4無支架生物打印血管組織示意圖

圖4為采用無支架方式生物打印血管過程示意圖，首先制作均勻的多細(xì)胞微團(tuán)，逐層打印出血管樣組織。
生物打印技術(shù)為傳統(tǒng)組織工程制備血管及血管化組織開辟了新的途徑，并且已經(jīng)取得了顯著的成果。未來，在體直接生物打印仿生血管以替換原位血管或者加速原位血管再生是以后發(fā)展的重要方向。另外，研究人員不僅限于生物打印多尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)血管網(wǎng)絡(luò)，還要保證其結(jié)構(gòu)的保真度與穩(wěn)定性。其次，通過精確定位不同種類細(xì)胞、蛋白甚至基因材料，可以按需控制生物打印血管的時(shí)間和空間分比率，真正做到智能化、自動(dòng)化、個(gè)性化生物制造。那么,讓我們拭目以待,看看未來生物打印技術(shù)是否能達(dá)到新的高度吧!

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