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3D生物打印技术:发展趋势及启示

更新时间:2023-07-10      点击次数:634

自从21世纪初3D生物打印技术的研究发表以来,人们对将这种创新的生物制造方法用于更广泛的生物应用产生了浓厚的兴趣。3D生物打印技术能够逐层精确定位生物材料、活细胞、生长因子、药物和其他生物活性成分,这为构建3D功能组织带来了的诸多优势。

发展到今天,生物打印通过3D组织建模在再生医学、药物开发、个性化医学和系统生物学的新方法中占据着重要的角色,将当前的前景转变为生物医学研究,并对现代医学的未来产生了重大影响。

 

3D生物打印技术的发展趋势

 

我们通常可以将生物打印技术分为四大类:(a)立体光刻(b)喷墨(c)激光辅助(d)挤压。虽然每种3D打印方法都有其优点和好处,但是挤出式生物打印产生了最大的影响,并将继续在塑造3D生物打印技术方面发挥着重要作用。

基于挤压的生物打印机即通过机械或气动力由喷嘴逐层沉积生物墨水,已成为近年来研究的技术。与其他生物打印方法相比,基于挤压的生物打印技术具有成本效益高、打印速度相对较快、与多种生物材料兼容等优点,是初学者最容易使用的技术。

 

3D生物打印应用趋势

 

由于我们考虑了生物打印的短期和长期应用:从基础细胞生物学研究到用于临床前药物测试的3D组织/疾病模型和再生医学,我们提出了与3D生物打印技术研究相关的三个主要主题。

 

应用驱动研究

 

在所有与3D生物打印技术相关的出版物中,约有40%提及3D生物打印在特定器官或组织中的应用。其中骨、血管组织、神经组织和关节软骨占报告出版物的50%以上。自2011年以来,3D生物打印组织已被用作疾病(例如癌症模型)体外研究的病理模型,主要应用于高通量筛查和新药开发。



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生物材料和细胞研究

 

生物墨水的新配方一直是3D生物打印技术中最令人兴奋的研究课题之一。生物材料的研究在所有3D生物打印技术出版物中的占比约为25%,主要集中于研究聚合物,以获得适合每种应用且具有机械、化学和生物特性的生物墨水。

生物墨水的另一个关键组成部分是细胞。针对应用于3D生物打印的细胞类型的研究约占所有出版物的15%,主要集中于研究不同类型干细胞(例如间充质干细胞、诱导多能干细胞、脂肪衍生干细胞)的生存能力、分化和成熟。最近球体和有机物也被用于生物打印,并在这些年受到关注,为转化医学和3D疾病建模带来了令人兴奋的发展。

 

过程驱动的研究

 

3D生物打印技术和平台的开发旨在设计分辨率更高、成本效益更好、打印速度更快、对细胞损伤更小的系统。此外,开发这些新策略是为了创造更复杂的结构,这些结构可以更好地概括体内人类生物学。

随着我们减少对动物研究的依赖,我们注意到在生物医学研究方案中采用3D生物打印技术的兴趣越来越大。3D组织和细胞培养以及芯片上的器官提供了创新的解决方案,通过重建由人体细胞和基于组织的材料组成的生理相关的3D结构来加速基于人类的体外模型的发展,这些3D结构包括了人体器官、组织和疾病的结构和功能。要了解如何将3D生物打印添加到您的研究中,请联系我们获取更多信息。


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