生物3D打印是直接打印生命体吗？几幅漫画讲明白

来源：EngineeringForLife

1986年，Charles Hull开发了世界上第一台商业3D打印机，30多年后的今天，3D打印已融入进我们生活中的方方面面。2000年前后，Clemson university、University of Missouri、Drexel University的诸位教授首次提出了生物3D打印这一概念，这是人类首次将生物和3D打印技术进行结合的尝试，生命和制造之间从此多了一条联系的纽带。

生物3D打印是什么？
想要了解生物3D打印，首先要对它有个基本的概念。生物3D打印是什么？要说明这个问题，我们首先要清楚生物3D打印的定义。广义上来讲，一切使用3D打印技术来实现的生物医学应用都属于生物3D打印范畴之内的东西，我们见过的一些3D打印制造的医疗辅助工具以及骨骼替代物都属于广义角度的生物3D打印。狭义上来讲，生物3D打印是指通过打印这一过程实现细胞的三维结构成型，也就是我们常说的细胞打印或器官打印，现阶段大多数与生物3D打印相关的研究工作都是从狭义角度开展的。

生物3D打印研究中最为关键的三个要素是：生物墨水、打印技术以及组织重建或体外器官功能化，就第三个要素而言，其与组织工程和再生医学之间的界限并不明显。如果把人比作一部巨大的机器，生物3D打印的存在更像是为这部“机器”去制造那些可用来替换“故障零件”的技术（器官移植），但目前它只能用来制作一些用于模拟“解决或发现故障”的仿真模型（体外模型），现阶段距离实现“零件的替换”只走出了万里长征的第一步。体外模型构建作为生物3D打印的主要应用点，其可实现个性化精准医疗、药物筛选以及疾病机制的研究。

△初识生物3D打印（引自：https://doi.org/10.1007/s42242-019-00053-8）

生物3D打印怎么做？
想要实现生物3D打印必定要用到特定的工具，常见的生物3D打印技术有喷墨式、挤出式、光固化式这三种。没接触过3D打印的小伙伴看到这些或许有点犯晕了，喷墨式？挤出式？光固化式？这些都代表什么意思？在这里我们可以拿我们生活中经常吃的“土豆”来进行形象的类比。我们吃土豆的时候会把土豆切成土豆丁、土豆条、土豆片，这一个个以丁、条、片形式存在的土豆单元可以作为组成一整个土豆的基本素材，我们可以像拼积木一样把他们组装在一起，“土豆丁”就是喷墨式生物打印方法中的液滴，该方法通过组合液滴来实现三维成型；“土豆条”则是挤出式生物3D打印中的水凝胶线条；“土豆片”是光固化式生物3D打印中的光照固化形成的水凝胶平面。除此之外还有一些较为先进的生物 3D打印方法，例如悬浮打印、同轴打印和投影式打印方法等。目前市面上的生物3D打印设备大多数体型较为巨大、功能繁杂且昂贵价格，大家都难以有一个相对量化的指标去评判最终结果。生物3D打印设备的最终使用人群主要还是一线的科研人员和医生，这就要求生物3D打印机要适合生物医学背景的人员进行操作，其需要具有价格合理、操作简便、量化指标、普遍适用的特性。

△生物3D打印的实现方法和现阶段需求（引自：https://doi.org/10.1007/s42242-020-00064-w）

生物3D打印做什么？

生物3D打印三要素中组织重建和体外器官功能化是现阶段该领域研究的最终落脚点，其中构建用于药物筛选的体外3D模型常常被当作相关研究热点。理想的体外模型能更好地再现体内病理状况，再现人体组织的形态和功能，有助于提高药物筛选效率。现阶段药物筛选存在的问题是其高昂的成本以及伦理道德方面的限制，通过使用生物3D打印制造的类器官、迷你组织、器官芯片可从原理上说可规避上述问题，另外也容易标准化，其在构建药物筛选模型上具有其独特的优势。我们认为通过使用生物3D打印体外组装人体细胞，制造组织和器官模型是生物3D打印未来需要着重发力的方向。

△生物3D打印体外模型用于药物筛选（引自：https://doi.org/10.1007/s42242-020-00067-7）