在过去2016年一年中，国内外生物3D打印技术取得了许多重大突破。例如3D打印人体肾脏，打印生物血管在体实验成功。近年来，3D打印技术在生物医疗领域的应用越来越受到重视，最大程度恢复人体机能的正常功能。而生物3D打印与医疗3D打印是不同的方向，确实，3D打印为生物发展铺平了道路，这也得益于3D打印机独特的重建人体组织结构能力。接下来，南极熊将为大家盘点2016年生物3D打印领域的十大进展，和大家一起回顾这一年3D打印在生物领域的重要事件。
蓝光英诺3D生物打印血管在体实验成功
熊眼都愣住了，我国蓝光英诺生物3D打印血管，用到30只猴子身上
2016年12月11日，四川蓝光英诺生物科技股份有限公司向全球发布了由其团队承担国家“863”计划的3D生物打印促进人工血管内皮化的研发项目取得的重大突破：3d打印生物血管成功植入恒河猴体内，实现血管再生。
截至 2016 年 12 月 1 日，蓝光英诺已完成 30 只恒河猴 3D 生物打印血管体内植入实验，实验动物术后存活率为 100%。术后对植入血管取出进行功能观察，截至 2016 年 12 月 1 日，对实验动物植入血管的结构和功能一致性观察分别从最短 1 天内即时观察到最长104 天持续观察不等，在实验期内，所有实验动物在 3D 生物打印血管植入后，其脂肪间充质干细胞均有序分化为内皮细胞、平滑肌细胞等血管组织，在 3D 生物打印血管再生完成后，其结构和功能均与实验动物自身血管的结构和功能一致，实验动物各项生理指标均未发现异常。上述实验结果与原定实验预期一致有效，且打印材料取自实验动物自体的脂肪间充质干细胞，保证了该血管移植在体内的安全性，蓝光英诺研发团队认定该动物实验取得成功。
哈佛大学研发出3D打印肾小管
哈佛又出黑科技：3D打印出“活的”肾脏结构
在3D打印技术方面领先全球的哈佛大学近日又取得了重要的新进展 — 他们利用生物3D打印机创建出了能模拟部分人类肾脏功能的近端小管结构。该结构虽然体积不大，但对于整个肾脏及其过滤功能来说却十分重要，所以，这项成绝对可以说是生物3D打印领域的又一大突破。
据了解，要完成3D打印肾小管，首先要在室温下用一种含有人类干细胞的凝胶支撑3D组织网格。随后再使用另一种可在冷却时变成液体的凝胶流出网格，以留下可生长的血管。将材料封闭在细胞外基质中，将生长因子加入到中空通道中，以促使干细胞分化成特定的细胞类型。这种3D打印的肾小管可以存活超过两个月。
英国科学家开发出新型干细胞生物墨水
新型干细胞生物3D打印墨水：能打印出骨骼和软骨
英国布里斯托大学（UB）的科学家就又开发出了一种新的生物墨水 — 它混合有干细胞并且能很好地支持后者的生长，所以很适合3D打印软骨和骨骼植入物等人工结构。
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美国科学家找到新方法可3D打印出更强人类组织
美国科学家找到新方法可3D打印出更强人类组织
当前，生物3D打印通常都会遇到一个障碍，就是如何打印出能让细胞存活和生长的支架结构。对于这个问题，通常的解决方法是先用水凝胶打印出需要的结构，再将细胞注入。不过现在，美国宾州大学（PSU）的科学家们找到了一种更好的办法，就是将细胞与藻酸盐混合，然后直接进行打印。这种方法最大的优点就是生成的组织具有十分理想的机械特性。
这个项目的团队带头人Ibrahim T. Ozbolat表示，用水凝胶的方法虽然很普遍，但仍存在明显的问题 — 这种由聚合物链和水组成的物质会限制细胞的活动，阻止它们像在正常组织中那样相互交流，从而严重影响打印组织的机械完整性。另外，水凝胶在降解后还会产生对细胞生长有害的物质。
但使用藻酸盐这种从海藻中提取的天然物质就没有这样的问题。据南极熊了解，这主要是因为它可以形成直径（0.76-1.27）毫米的管道，而细胞（这里以软骨细胞为例）恰好被注射进在这种管道，然后存活至少1周时间。这期间，细胞会顺利地相互结合，形成可轻松移动的软骨细胞串，而它可以很好地代替生物墨水作为3D打印的材料。
美国西北大学研发出高韧性3D打印陶瓷油墨，可更好促进骨骼再生
美国西北大学的材料科学家在骨骼再生领域取得了进展，他们研发出一种适合3D打印的羟基磷灰石材料，该材料被加入了一定比例的乳酸-羟基乙酸，这让3D打印的支架在无需添加生长因子的情况下也具有良好的骨骼再生促进能力，并且拥有更高的韧性。
研究团队表示尽管促进再生的生物材料已得到了大量关注和发展，但目前的材料在迅速促进骨骼再生的能力和生产能力方面仍有不足之处，他们的目标是在这方面有所突破，并使材料适合3D打印，未来可以让医生在医院的实验室中通过3D打印机快速制造出所需的骨骼支架。
科学家们创建了一台可以制造器官、组织和骨骼的3D打印机
2016年2月15日，美国北卡罗莱纳州维克森林大学（WakeForestUniversity）再生医学研究所的科学家们创建了一台可以制造器官、组织和骨骼的3D打印机，理论上，这些打印出来的器官、组织和骨骼能够直接植入人体。这一成果已于当日发表在科学杂志《NatureBiotechnology》上。
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目前还有待观察维克森林大学的这款3D打印机是否能够真的打印器官——他们将很快在实际的人类身上进行测试。研究人员在其论文中说，在其打印的器官可以真正在一个人身上进行测试之前，他们的技术还需要“进一步发展”。
Organovo推出3D打印人类肾脏
Organovo推出3D打印人类肾脏，股价大涨5%
2015年，知名生物3D打印公司Organovo推出了其首款生物3D打印产品 — ExVive人类肝脏。现在南极熊获悉，该公司终推出了第二款同类产品 — ExVive人类肾脏并宣布很快就会将其商业化。受此影响，该公司股价大涨5.33%，最终收于4.15美元。
南极熊了解，ExVive人类肾脏是一种近端小管模型，能帮助科学家更有效地研究药物和特定治疗方法对人类肾脏的影响，从而加速药物开发进程。所以迄今为止，它已经接到了许多商业订单。目前，这种人工器官已经通过了功能性验证，被证明极其适合用于临床测试，比如其近端管功能可以维持超过四个星期；其组织复杂有助于检测损伤和恢复；其转化功能可帮助评估肾毒性和药物相互作用。
Organovo将开发可直接移植的3D打印人类肝组织
患者福音！Organovo将开发可直接移植的3D打印人类肝组织
里程碑！植入动物体内的3D打印肝组织成功产生了人类蛋白
作为当前生物3D打印领域的领军企业之一，美国Organovo公司已经推出了多款十分有价值的生物3D打印产品，比如ExVive系列人类肝脏和肾脏。现在南极熊获悉，该公司又将目标对准了器官移植市场，即将开始研发可直接移植进人体的3D打印肝脏组织了。
目前，这种3D打印肝组织已经通过了一些临床动物测试，在可移植性、血管功能和持续性方面都展现出了良好的状态，所以接下来便会进入正式的临床前开发阶段。而根据Organovo的计划，他们将主要针对慢加急性肝衰竭（ACLF）与小儿代谢性肝脏疾病2个方面进行研究，因为这两类疾病的患者数量庞大，潜在的市场规模高达30亿美元。
美国科学加开发降解型3D打印聚合物支架可用于食道癌治疗
美国科学家正开发降解型3D打印聚合物支架可用于食道癌治疗
美国佛罗里达亚特兰大大学（FAU）的博士Yunqing Kang得到了来自美国国家癌症协会（NCI）的14万美元资金支持以开发一种可生物降解的3D打印聚合物支架。这种支架能够减少食道癌治疗时的并发症，同时成为相关药物的递送装置。
据南极熊了解，这种新型的组织工程支架将以Kang博士独特的生物3D打印技术为基础，使用生物降解型的弹性聚合物材料由专用的3D打印机制造。这种材料具有平衡的硬度和弹性，可以满足支架需要扩展并与食管接触的要求。
相比于上面提到的金属支架，新支架有2个明显的优点：第一、由于使用可降解型材料，它会在被植入患者体内后逐渐溶解消失，所以就算治疗完成也无需考虑取出的问题。这不但会令整个过程变简单，而且不会再让患者感到不舒服。第二、它能够用来递送抗癌药物紫杉醇（PTX），从而帮助完成食道癌的局部治疗。
CollPlant正开发用于生物打印的人体胶原蛋白基生物墨水
以色列公司正研发胶原生物3D打印墨水，已获政府千万投资
以色列的再生医疗公司CollPlant就正在开发以人类胶原蛋白为基础的3D打印生物墨水（可用于制造人类组织和器官）。近日，该公司宣布，他们的这个项目得到了以色列经济部首席科学家基金（CSIME）145万美元（约合954万人民币）的支持。这对于该公司来说无疑是重大的利好消息，因为这笔资金已经接近了该项目总开销（311.4万美元）的一半。
据南极熊了解，RHC是通过向烟草中引入5组人类基因，再经多道工序，用烟草叶提取物加工而成的，已经在2015年为该公司赢得了同样由CSIME提供的122万美元资金支持。而以这种物质为基础的胶原3D打印墨水将会具有效促进人类组织自然生长的功效，所以可用于研发3D打印的人类组织和器官，以治疗烧伤等各种损伤。
用于骨骼修复的3D打印生物陶瓷植入物将很快上市
可用于骨骼修复的高吸收型生物陶瓷3D打印植入物即将上市！
由欧洲研究项目RESTORATION开发出的新型吸收式生物陶瓷材料很快就要上市了。这种材料能通过3D打印技术制成个性化的关节植入物，然后通过实施微创手术很好地解除患者的病痛。可用于三种不同的应用：下颌骨、脊椎和膝盖。由于最终的检测结果相当出色，这些产品有可能会在几年之内出现在市场上。
据了解，这个为期4年的项目得到了欧盟的资金支持，主要目的是开发出一种新的陶瓷复合材料以用于整形和颌面外科的应用。该材料可以模拟骨骼结构，而且可以通过设计并3D打印出详细匹配植入部位的机械要求的植入物。此外，一些陶瓷还具有生物活性，这意味着它们可以被人体充分吸收。
NanoDimension开发高精度干细胞3D生物打印机
Nano Dimension申请3D打印干细胞专利，欲打印人类组织器官
电子3D打印大咖Nano Dimension（ND）通过与生物技术公司Accellta结盟正式进入生物3D打印界的消息。现在，仅仅几天后，这家以色列公司就在这方面又向前迈进了一步 — 他们刚刚申请了一项3D打印干细胞的美国专利，旨在通过使用干细胞和生物墨水实现人类组织器官的3D打印。
据了解，活细胞3D打印技术已经在医学研究中起着重要作用，为了发挥这项技术的全部潜能，推动该领域的进一步发展，NanoDimension通过把自身的高速度、高精准度的喷墨功能与Accellta的干细胞悬浮技术和诱导分化功能结合在一起，使得3D打印具有高分辨率和高容量”。
该项解决方案已经在可行性研究中被测试过，它使用了Accellta基于悬浮技术细胞培养系统，该系统每批可产生数以亿计的干细胞。有了大量的优质细胞，这两家公司能打印更大、更复杂的组织和器官。
日本生物3D打印血管再生
日本研发3D打印血管与神经技术 ，生命的希望
日本多家科研机构在研究使用3D打印技术生产血管等复杂组织。日本佐贺大学将iPS细胞(人体诱导多功能干细胞)培育出的细胞群打印成管状结构，制成血管。京都大学利用3D打印技术制成包裹着神经的筒状组织，并将其移植到实验鼠身上，实现了神经的再生。日本政府预计到2020年前后，iPS细胞将可用于治疗心脏病等疾病，正在加紧掌握与人体组织形状相近的人造立体组织移植技术。
iPS细胞不仅被用于治疗眼部的疑难病症，未来还可能被用于治疗心力衰竭和脊髓损伤。在培育用于移植治疗的长血管和立体内脏时，管状和袋状的组织结构常需要使用很多细胞。研究团队认为，既然3D打印技术的原理是层层叠加树脂材料打印成立体作品，如果用细胞代替树脂，也可以打印出立体的组织。
佐贺大学教授森田茂树的研究团队将人类iPS细胞培养出可发育成血管的细胞群，并在多排细针组成阵列的微型基座上层层串起细胞，最后打印出长2厘米，直径5毫米的管状结构。
将管状结构细胞从细针上取下，内部使用培养液贯穿。数天后分化成不同种类的细胞会在内壁形成细胞层，最终形成血管。今后将在猪身上进行血管移植实验。该研究使用了发源于九州大学的新创企业Cyfuse与涩谷工业合作研发的“Bio3D打印机”
科学家开发出能替代软骨的可3D打印生物玻璃
一种新型生物玻璃材料：能以墨水形式3D打印，还能自我修复
生物玻璃是一种神奇的人工材料，具有良好的韧性、生物兼容性和生物降解性，能与天然生物组织形成键合作用，所以能起到修复甚至替代天然组织，或促进组织再生的作用，是迄今为止唯一既能与骨组织成键结合，又能与软组织相连接的人工生物材料，在医疗方面用途极为广泛。
据南极熊了解，这两所高效已经研制出了一种全新的生物玻璃材料。它不但像其它生物玻璃一样具备与天然人类软骨相似的属性，而且能以墨水的形式进行3D打印，还能够自我修复。
这种特性对于制造人工软骨来说意义重大，因为软骨这种结构比较脆弱，很容易损坏却很难修复，而且虽然目前已经能通过生物工程人工培养了，但过程却十分复杂和缓慢。不过现在，这些问题已经由这种新材料同时解决了。此外，就像前所说，这种新材料还具有许多其它优点，比如强韧、耐用、弹性高、回复力强、良好的生物兼容性和降解性。
小结
生物3D打印技术是3D打印技术与医疗技术的深度结合。它不仅可实现更精准的手术，更安全有效的药物控释，还可以制造出用于移植或药物实验的组织或器官，是再生医学的主要分支。本文带你纵览生物3D打印技术的前世今生与商业应用。3D打印技术被视为一项颠覆传统生产方式的革命性技术，必将对人类生活、学习和工作产生深远的影响。
3D打印的优势在于可实现复杂产品的设计与制造，并使小批量定制化产品的成本降低。我国医疗行业引入3D打印技术，始于上世纪80年代后期。随着3D打印技术与医疗技术的发展和深度结合，3D打印不仅可实现更精准的手术，生产更适合个体需求的各种医学内植物、助听器、义齿、义肢，更安全有效的药物控释，还可以制造出用于移植或药物实验的组织或器官，是再生医学的主要分支。
回顾2016年，生物3D打印技术似乎在一步步地前进，但是每一小步对于医学的发展都是一大步。未来，我们期待生物3D打印技术更加成熟，以帮助更多人克服疾病困扰！
在最后南极熊送上之前盘点的海外9家生物3D打印公司带你预览技术趋势
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