Nature子刊：生物3D打印向臨床轉(zhuǎn)化的機遇與挑戰(zhàn)

來源：EngineeringForLife

目前,，3D打印的手術(shù)導(dǎo)板、骨植入物、頜面部植入物和一些無生物活性的醫(yī)療器械在醫(yī)院屢見不鮮,，但是3D打印的活細胞支架應(yīng)用到臨床依然面臨巨大的挑戰(zhàn),。近期，維克森林醫(yī)學(xué)院的Anthony Atalat教授在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表了題為“Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting”的Perspective論文,，系統(tǒng)地分析了生物3D打印技術(shù)向臨床轉(zhuǎn)化所面臨的機遇和挑戰(zhàn),。
首先，介紹了生物打印技術(shù)在軟骨,、骨,、和皮膚應(yīng)用上的臨床進展：

• 軟骨
  

目前打印的軟骨組織在植入體內(nèi)后具有組織學(xué)和力學(xué)性能（圖1a）。未來為了更好地實現(xiàn)軟骨組織的生理功能,，需要重點突破生長因子,、機械性能和干細胞的梯度打印。

• 骨
  

目前主要利用生物打印技術(shù)誘導(dǎo)骨愈合（圖1b）,，而大段缺損還需要結(jié)合非打印的傳統(tǒng)產(chǎn)品來修復(fù),。此外，生物打印也很難制造兼顧形態(tài)和功能的骨組織,。

• 皮膚
  

目前主要利用原位生物打印技術(shù),，對細胞和材料進行精確的控制，實現(xiàn)原位皮膚修復(fù)（圖1c,、d）,，但是現(xiàn)有的技術(shù)仍不能完全模擬皮膚的形態(tài)、理化和生理特性,，包括促進,、調(diào)節(jié)毛囊的正常發(fā)育，色素沉著,，表皮的形成和成熟,。

圖1 生物打印的軟骨、骨和皮膚組織

接著,，指出了轉(zhuǎn)化過程中的幾個挑戰(zhàn),，包括：構(gòu)建組織器官內(nèi)部的血管網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)生物相容性優(yōu)越的生物墨水,，以及獲得生理相關(guān)的細胞數(shù)量（表1）,。

表1 生物打印的特定需求及潛在解決方案

圖2 目前解決打印組織血管化的幾種方案

最后，概述了生物打印在監(jiān)管機制,、材料采購,、制造、標準化和物流等方面的挑戰(zhàn)（表2）,。

表2 生物打印技術(shù)轉(zhuǎn)化的挑戰(zhàn)及發(fā)展方向

總之,，生物打印的組織或器官向臨床產(chǎn)品轉(zhuǎn)化,，需要達到功能和支持細胞類型(包括干細胞)的閾值，需要具有與天然器官在微觀和宏觀尺度上相似的生物學(xué)特性,，并具有包含動脈,、靜脈和毛細血管的完整血管網(wǎng)絡(luò)。雖然生物打印的部分軟骨,、骨和皮膚已符合標準,，但在更復(fù)雜組織打印及應(yīng)用上仍面臨著重大挑戰(zhàn)。要實現(xiàn)多尺度,、多組分組織/器官的生物打印的應(yīng)用突破,，未來需要在分離和擴大原代和干細胞群體、開發(fā)“智能”生物材料以及整合互補的生物打印技術(shù)方面做進一步深化研究,。

論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41551-019-0471-7