3D生物打印正在快速发展，可能会彻底改变医疗保健行业。《工程师》杂志采访了两位处于这一新技术前沿的工程师：诺丁汉大学生物材料与组织工程学教授Felicity Rose和3D Systems执行副总裁、再生医学首席技术官Chuck Hull。

左：Chuck Hull；右：Felicity Rose  图片来源：《工程师》杂志

3D生物打印的定义和工作流程

Felicity Rose：生物打印是指将3D打印应用于生物医学领域，涉及使用包含人体细胞的材料或“生物墨水”。利用这些“生物墨水”，可以打印出3D结构，从而重现人体内的组织和器官。这个过程包括创建一个设计文件，打印机可以使用该文件创建所需的形状，开发一种适合细胞但也与生物打印过程兼容的生物墨水，并在实验室中分离和扩增目标细胞。打印完成后，生物墨水和形状会在孵化过程中为细胞提供必要的生化线索，以支持它们生长和成熟为功能性组织或器官。

Chuck Hull：3D生物打印是任何涉及活细胞的3D打印形式，有时使用细胞打印，但更多的时候是打印生物材料支架，然后添加细胞。

3D生物打印的重要性和潜在应用

Felicity Rose：全球范围内，对器官捐赠已经供不应求。随着人口增长和老龄化，再加上器官和组织移植的医学成功，对器官和组织捐赠的需求会不断增加，进而导致器官和组织供应短缺。在一些国家，有国家器官捐赠计划来增加可供移植的器官数量，但这些计划仍然不足以提供所需的器官数量。如果没有这些组织，许多等待器官移植的人将会死亡。3D生物打印具有巨大的潜力，可以为生物医学科学家提供基于实验室的人体组织模型，以研究和了解疾病，并支持新药和新药物的发现。

Chuck Hull：3D生物打印的典型应用包括生物实验室研究、药物测试以及人体再生医学的软组织和硬组织（包括完整器官）。

未来10年的技术发展前景

Felicity Rose：3D生物打印是一个快速发展的领域。最近的案例见证了新型 3D打印系统的发展，能够在一次打印中创建3D组织结构（体积增材制造）和提供前所未有的分辨率和特征尺寸（多光子光刻）。未来的研究可能会侧重于可扩展性和提高这些系统的速度，以便工程师能够根据需要制造再生医学产品。工程师需要开发生物墨水，包含这些新技术所需反应动力学的化学物质，并且可以大规模和高质量地合成（GMP），以便能够打印所需的各种器官和组织。进一步的研究将解锁新型再生药物的细胞供应链，并为个性化治疗铺平道路。这些技术需要在指导性监管框架下共同发展，以确保充分发挥3D生物打印的潜力。

Chuck Hull：10年后生物打印将大大减少药物研发中的动物试验，一些药物将基于使用生物打印组织而获得批准。此外，希望再生医学将开辟新的、令人兴奋的治疗方法，从而显著改善人类健康。

实现这一愿景的关键技术障碍

Felicity Rose：需要克服的技术障碍包括开发适合体内各种细胞和组织类型的新型生物墨水，这样不仅可以创建所需的形状和结构，还可以向细胞传递正确的生化线索以产生功能性组织和器官。工程师需要开发可用的技术，以缩短打印时间（并支持细胞存活），而不会降低打印分辨率，这些打印技术还需要可扩展以进行制造。工程师还需要开发生物打印策略，以便打印更大、更复杂的组织，例如包含血管和神经供应的整个器官，以便器官在移植时保持活力并完全发挥作用。

Chuck Hull：障碍包括拥有合适的材料、以所需的精度进行打印以及放置合适的细胞来创建新组织。其他障碍包括人类健康应用的重要临床前和临床工作。这包括向监管机构（美国食品和药物管理局）证明治疗方法安全有效，并按照良好生产规范（GMP）生产。