生物3D打印与器官再造.pdf

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蛴∮肫鞴僭僭生物王金武，李涛许苑晶任戴魁戎科学价值帅核心思想亚上海交通大学学报文章编号：——一．上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科，上海；虾＝煌ù笱镆窖Чこ萄г海上海；虾＝煌ù笱б窖г焊绞粜禄R皆汗强疲虾摘要：为了进一步阐述生物打印技术在器官再造方面的应用价值，本文介绍生物打印技术在器官再造方面的现状与进展，提出未来生物打印技术将从生物墨水、打印技术等方面寻求更多突破，以最终实现体外器官再造的临床应用．关键词：生物打印；器官；再造中图分类号：文献标志码：近年来，生物打印技术在组织与器官再造领域蓬勃发展，国内外许多跨学科研究团队致力于开发新型生物墨水材料，并应用干细胞等技术取得了里程碑式的进展，获得了具有一定功能性的组织和类器官，促进了临床前测试的体外模型和仿生植入物的制造研究．但在临床应用领域，生物打印技术仍处于初级发展阶段‘．再生医学领域的生物打印已从单细胞打印演变为多细胞打印，并逐步应用于组织和类器官打印．生物打印再造器官要求：①建立包含生物信息的模型；②开发安全稳定的生物墨水；③应用高精度、高效率的生物打印技术和设备；④保／．甋琲咒叫“ǎ荆琘也口咒歹雊，趏，咒’．。琒’珻；，，．，．琲猧，，瑃篵基金项目：国家重点研发计划，国家自然科学基金作者简介：王金武，男，山东省诸城市人，教授、主任医师，博士生导师，从事骨关节外科、打印装备研发及组织工程转化研究．电话．；猰簑鲥．甤第卷增刊年皀，：，；籸收稿日期：一一手钅，
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发展方向王金武，等：生物打印与器官再造持人工组织和器官的生存维持系统的更新．在器官再造方面，生物打印能够实现结构重建和初步的功能仿生，研究人员使用脱细胞基质材料等新型生物墨水和新型生物打印设备，初步实现类器官打印．例如，利用高精度的数字光处理技术打印具有复杂管道结构的类肺单元、悬浮打印可定向传播动作电位的胶原心脏单元、新型类器官技术打印具有分支血管和绒毛的高度仿生厘米尺度肠道单元等．近年来，生物打印在打印技术上取得了高通量、微重力悬浮和动物体内无创原位打印等突破．此外，目前已有生物打印角膜和皮肤产品的临床试验，表明再生医学生物打印技术已迈出坚实的一步．但是，针对复杂器官的生物打印仍存在诸多问题．器官由紧密相连的多个组织组成，多种类型细胞控制着体内的组织发展和稳态．目前，尚未确定天然组织或器官所需的仿生水平：是通过复制整个器官的结构，还是在受损器官中植入组织支架来恢复功能送猓形凑莆帐欠裥枰J褂盟邢赴群，以及是否可以从单个细胞群缍嗄芨上赴中分化出所需表型．随着进一步的研究和发展，生物打印技术应提供具有适当解剖结构、力学性能和生物学功能的个性化组织和类器官产品，从而真正实现组织和器官在结构和功能方面的精准再生，并为其提供足够的物质和理论保障．在细胞打印组织、器官层次，欧美占据领先地位，已推出商业化的微组织产品．我国虽已构建出体外类肝结构体、类微血管结构、微流控芯片等，但相关研究均处于实验室阶段，未完全实现临床应用．生物打印再造器官的研究涵盖多学科的前沿技术，材料科学、细胞生物学、工程学和其他学科的不断融合将逐步克服现有障碍，在制造和采用组织以及器官替代品方面取得突破．在器官再造方面，生物打印亟需聚焦生物材料等重点领域，攻关原创性技术和核心工艺等技术瓶颈，其未来发展策略可能为追求组织和类器官的早期发育阶段．生