3D打印组织/器官技术的问题和技术制约

3D 组织/器官打印技术尚处于起步阶段，还有很多问题需要解决  
①力学方面：喷射过程中的剪切力和液滴的冲击力会对打印细胞液活性造成冲击。因此，“生物墨水”的配制必须符合流体力学的要求，包括黏滞性、密度、表 面张力等重要参数。这些因素 均可造成细胞的损失影响细胞的存活，从而不利于体外的培养。同时打印前，打印过程中 均要求所打印的细胞或分子保持液态，而打印 后又要求其必须立即凝固，以维 持黏弹性状态。这种液态到固态的变化必须保证不引起细胞、生物活性因子以及其他微粒的损伤，这也对3D 打印的发展提出了相当大的挑战。

②生物支架材料 ：生物支架材料要解决的问题有：支架材料的可降解性及降解速率；材料的机械力学强度；支架的最 适孔径和孔隙率。适度的生物降解速率，指该降解速率需和组织再生的速率相匹配，最后可完全吸收或可安全排出。合适的孔尺寸、高的孔隙率(90%) 和相连的孔形态，对于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外 基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的内生长起着决定作用。虽然，支架的最 适孔径尚无定论，但学者还是公认，几十到几百微米的孔径对于细胞的迁移和长入支架内部通常认为是必需的。支架 孔径过小，不利于细胞的穿透，培养的细胞经过很长的时间，仍然依附于支架表面，未能 穿透到支架内部。支架 孔径过大，不利于细胞的黏附和铺展，同样会妨碍细胞生长。解决此问题的一个方法是用纳米纤维与微米纤维共同构建支架材料。纳米纤维为细胞的黏附和生长提供合适的表面形态，利于细胞在支架上的 黏附与生长，微米纤维提供整体的环境，利于细胞 渗透到支架内部。所以 微/纳米复合纤维支架应用于组织工程具有很大潜力。

目 前国内外研究的支架材料种类众多，但归纳起来可分为两大种类：一类是天然生物衍生材料，如脱钙骨基质、壳聚糖、藻酸盐凝胶等；另一类是人工合成生物高分子材料，主要有羟基磷灰石、磷酸三钙、生物 活性玻璃等无机材料和以聚乳酸及其共聚物等为代表的有机材料。这些支架材料都各有其优缺点，传统的支架往往是单一的有机物或无机物，但其往往不能同时满足3D 打印的需要，因此，现在的研究方向是发挥不同材料的优势，弥补单一材料的不足，制造出各种复合支架材料。

③生物学方面：3D 打印过程中必须优先考虑的问题就是如何保持细胞的活力以及产品的塑形。组织/器官打印必须处理好的几个生物学问题包括：
A. 所选择的打印方法对细胞和DNA既无毒性，也不会引起不可逆的损伤，在整打印过程中都要求是无菌化的。
B. 打印的构建物可以快速成型，成为有凝聚性的、具有机械稳定性的三维结构，不能在打印后出现溶解或坍塌。
C.打印的构建物可以进行体外培养、增殖、分化、发育等后处理过程，要求构建模型是具有组织/ 器官三维特征的，能够模拟组  织/ 器官特异性的微结构和微环境。
D.构建的组织/ 器官的再血管化问题也非常关键，它是构建组织/器官成活的关键，血管可以及时为种子细胞提供其成活所必需的营养，并且可以排泄代谢废物。