什么是生物打印？

媒体对使用 3D 打印制作活组织，尤其是可移植器官的概念很感兴趣。但这项名为“生物打印”的新技术究竟是如何运作的呢？

简单来说，生物打印是使用 3D 打印技术生成有机细胞结构而不是塑料或金属部件的做法。这使得打印功能性组织成为可能，然后可以将其用于医学研究或移植目的。从长远来看，随着技术的发展，它确实可以用于打印功能性器官，以移植患者自身的细胞为基础，潜在地消除器官排斥的风险。

与“传统”3D 打印一样，生物打印的工作原理是在打印床上逐层构建结构。然而，由于该过程涉及使用活组织而不是金属和塑料，因此它在许多方面有着根本的不同。让我们详细看一下……

它是如何工作的？

所有生物打印项目都从需要创建的零件的 3D 模型开始。这可以通过真实身体部位的 CT 扫描或 MRI 生成，也可以通过 3D 建模从头开始创建。然后需要将该模型转换为可以成功进行生物打印的形式，这意味着必须建立组织的结构。因此，合适的细胞被分离并捕获（如果可能，从原始组织中）在一种特殊的溶液中，这将使它们保持活力和充氧，为打印做好准备。这些可打印的解决方案被称为“生物墨水”。由于组织再生需要使用“支架”（细胞生长所需的物理支撑），因此生物打印项目通常需要几种此类墨水，这使得多材料打印机成为必需品。这些支架可以被认为是传统 3D 打印支撑结构的对应物。

许多不同的技术可用于将这些生物墨水转化为活组织。最早的生物打印技术采用喷墨式方法（稍后会详细介绍），但立体光刻和基于挤出的打印机也已成功使用。无论使用何种技术，任何 AM 专业人士都应该熟悉打印过程：打印机在打印床上构建所选材料的层，直到整个 3D 模型栩栩如生。

最后，一旦打印完成，需要进行一些后处理以保持组织的完整性，因为新打印的细胞不会像打印的塑料或金属那样直接连接。这通常涉及触发组织重塑和生长的机械或化学模拟。一个更复杂的例子涉及使用“生物反应器”来促进组织的生长和血管化（即血管的发育）。

以下视频很好地概述了生物打印过程：

生物打印的先驱和行业领导者

以这种方式打印组织的 3D 打印机通常被称为“生物打印机”。富山大学的 Makoto Nakamura 教授揭开了第一台工作中的生物打印机的面纱，他通过打印类似于血管的生物管展示了其能力。如上所述，这使用了基于喷墨的打印方法（实际上，第一个原型基于改进的 Epson 打印机！）。中村教授此后继续研究生物打印的潜在应用。

Organovo 是生物打印领域的另一位领导者，并与他们的合作伙伴公司 Invetech 合作推出了一款可行的商业生物打印机：NovoGen MMX。 Organovo 打印组织的方法涉及一种专门设计的多头打印机，具有用于心脏细胞、内皮细胞和充当支架的胶原“生物纸”的单独打印头。

这项技术也引起了美国军方的注意，他们已投资研究生物打印是否可用于治疗受伤的士兵。武装部队再生医学研究所 (AFIRM) 成立于 2008 年，作为合作协议的一部分，大学、研究人员和军事科学家在该领域处于领先地位。

在德国，弗劳恩霍夫研究所正在对整个器官的打印进行持续研究，既用于移植目的，也用于消除在研究环境中进行动物试验的需要。特别是，他们的研究人员在生物打印组织的血管化方面取得了长足的进步，与 ArtiVasc 3D 项目密切合作，创建了 3D 打印的血管，以与活体相同的方式为组织提供营养。

与其他 3D 打印技术一样，生物打印已经拥有自己的材料专家，他们专注于开发复杂的生物墨水。例如，瑞典的 Cellin 通过提供全面的自创生物墨水以及利用它们所需的技术，迅速确立了自己在这方面的行业领先地位。

下一步是什么？

虽然生物打印可以提供的潜在好处无疑已经吸引了公众的想象力，但与任何新技术一样，它需要时间成熟和确立。我们预计生物打印将遵循与新兴增材制造行业相似的道路。随着该技术越来越多地应用于“现实世界”环境，早期的成功将有助于它建立理想的利基市场。届时，重点将转移到建立优化其绩效的流程和补充工具上。

届时，科学家、医生和患者（以及生物打印尚未揭示其潜在应用的其他行业）将开始看到该技术的全部好处。那里的旅程肯定是漫长而复杂的，但我们预计收益是巨大的。