2023年生物3D打印都在做哪些研究,？

來(lái)源： 醫(yī)工融合轉(zhuǎn)化

生物3D打印是一項(xiàng)引人入勝的前沿科技,，其背后有著令人嘆為觀止的歷史和科學(xué)背景,。其發(fā)展根植于多個(gè)領(lǐng)域的交叉融合，為未來(lái)的醫(yī)學(xué),、生物工程和生物學(xué)研究開(kāi)辟了嶄新的可能性,。生物3D打印的背景可以追溯到3D打印技術(shù)的崛起。3D打印最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代,，它允許人們將數(shù)字設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)體對(duì)象,，如機(jī)械零件和原型模型。這為制造業(yè)帶來(lái)了巨大的革命,，但很快科學(xué)家們開(kāi)始思考如何將這一技術(shù)應(yīng)用于生物領(lǐng)域,。

20世紀(jì)80年代末，3D打印作為一種新型的制造技術(shù)首次亮相,；
90年代末,，3D打印首次在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮作用,，初期主要用于定制假肢；
2011年,，荷蘭老嫗下顎骨用3D打印金屬代替標(biāo)志3D打印移植物開(kāi)始進(jìn)入臨床應(yīng)用時(shí)代

時(shí)至2023,，生物3D打印已經(jīng)取得突破性進(jìn)展。生物3D打印的發(fā)展離不開(kāi)對(duì)生物材料和細(xì)胞工程的深入研究,。生物科學(xué)家們努力尋找適合打印的生物材料,，包括細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和生物墨水,，也研究如何控制這些生物材料的生長(zhǎng)和分化以及在打印過(guò)程中形成復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu),。

作為一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)，其具有許多創(chuàng)新的應(yīng)用領(lǐng)域,，如個(gè)性化醫(yī)療,、人工器官和組織模型、藥物遞送系統(tǒng),、傳感和軟體機(jī)器人等,。為了讓大家進(jìn)一步了解3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，EFL為大家整理了2023年關(guān)于生物3D打印的9篇高質(zhì)量綜述,，讓我們一起來(lái)深入探索目前生物3D打印的最新的材料,、技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展吧！

綜述1：用于組織工程的異質(zhì)結(jié)構(gòu)多材料3D和4D生物打印
期刊及發(fā)表時(shí)間：Advanced Materials （IF 29.4） 2023-09-22

應(yīng)用方向：組織工程

主要內(nèi)容：基于離散材料逐層成形和堆疊原理的增材制造（AM）在組織工程（TE）復(fù)雜植入物的制造中顯示出顯著的優(yōu)勢(shì),。然而,，許多天然組織表現(xiàn)出各向異性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有不同的成分和功能,。因此,，使用基于單一材料的傳統(tǒng)AM工藝來(lái)成型復(fù)雜的仿生結(jié)構(gòu)具有挑戰(zhàn)性。多材料3D和4D生物打�,。ㄒ詴r(shí)間為第四個(gè)維度）已經(jīng)成為一種可能的解決方案,，用于構(gòu)建具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多功能植入物，可以比單一材料更好地模擬宿主微環(huán)境,。本文介紹了仿生異質(zhì)結(jié)構(gòu)在TE應(yīng)用中的典型設(shè)計(jì)策略,，討論了異質(zhì)組織結(jié)構(gòu)的多材料3D和4D生物打印的最新工藝，特別強(qiáng)調(diào)了智能多功能組織結(jié)構(gòu)的多材料4D生物打印的潛力,。

原文鏈接：https：//doi.org/10.1002/adma.202307686

綜述2：聚合物復(fù)合材料的3D打印制造可穿戴傳感器：全面回顧
期刊及發(fā)表時(shí)間：Materials Science and Engineering：R：Reports （IF 31.0） 2023-05-13

應(yīng)用方向：可穿戴傳感器

主要內(nèi)容：可穿戴傳感器在醫(yī)療保健系統(tǒng),、人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、機(jī)器人和人機(jī)交互等領(lǐng)域的應(yīng)用引起了人們的極大關(guān)注,，而這些應(yīng)用需要可拉伸,、柔性和非侵入性的材料。聚合物復(fù)合材料現(xiàn)在處于研究的前沿,，有潛力制備出創(chuàng)新的可穿戴傳感器,。3D打印技術(shù)可用于獲得高度定制和可擴(kuò)展的聚合物復(fù)合材料,，以制造可穿戴傳感器，這對(duì)于傳統(tǒng)制造技術(shù)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù),。本文綜述了常用的導(dǎo)電納米材料和3D打印技術(shù)在制備可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用前景,。隨后，討論了3D打印可穿戴傳感器的研究進(jìn)展,、傳感機(jī)制和性能,，如應(yīng)變、壓力,、溫度和濕度傳感等,。此外，還重點(diǎn)介紹了新型3D打印多功能傳感器,，如多向,、多模態(tài)、自修復(fù),、自供電,、原位打印和超聲波傳感器。闡明了今后研究發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和趨勢(shì),。

原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.mser.2023.100734


綜述3：3D打印在傷口愈合中的應(yīng)用：干細(xì)胞體外輸送和抗菌
期刊及發(fā)表時(shí)間：Advanced Drug Delivery Reviews （IF 16.1） 2023-04-15

應(yīng)用方向：傷口愈合

主要內(nèi)容：隨著全球慢性傷口患者數(shù)量的增加,，患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和社會(huì)壓力日益增加。干細(xì)胞因其來(lái)源豐富,、多向分化能力強(qiáng),、增殖速度快等特點(diǎn)而成為組織工程種子細(xì)胞。然而,，將它們用于皮膚損傷的體外治療仍然具有挑戰(zhàn)性。此外,，傷口部位和環(huán)境的細(xì)菌可以顯著影響傷口愈合,。在過(guò)去的十年中，3D生物打印極大地豐富了細(xì)胞傳遞系統(tǒng),。該技術(shù)制備的支架可以在細(xì)胞內(nèi)精確定位,，并具有抗菌作用。這篇綜述總結(jié)了基于生物3D打印的干細(xì)胞體外輸送及其抗生素對(duì)傷口愈合的促進(jìn)作用,。

原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.addr.2023.114823

綜述4：用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的生物功能化3D打印結(jié)構(gòu)：對(duì)最新進(jìn)展和未來(lái)前景的批判性回顧
期刊及發(fā)表時(shí)間：Progress in Materials Science （IF 37.4） 2023-03-30

應(yīng)用方向：功能化生物材料

主要內(nèi)容：目前革命性醫(yī)療保健的最大趨勢(shì)之一是引入先進(jìn)的增材制造技術(shù),，也稱為3D打印，用于個(gè)性化,，可再生和可獲得的治療,。由物理信號(hào)和生化信號(hào)控制的生物活性對(duì)這種廣泛的新興治療至關(guān)重要。這篇綜述批判性地研究了目前用于將生物分子固定在3D打印結(jié)構(gòu)上的生物功能化方法的能力和局限性,，概述了最佳生物功能化方法的相關(guān)考慮因素,，并確定了常見(jiàn)的共同要求,。在材料、生物分子,、細(xì)胞,、其他固定方法和進(jìn)一步應(yīng)用方面，探索了擴(kuò)展和改進(jìn)的機(jī)會(huì),。

原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101124

綜述5：用于個(gè)性化骨保健的再生生物材料的設(shè)計(jì),、印刷和工程
期刊及發(fā)表時(shí)間：Progress in Materials Science （IF 37.4） 2023-01-16

應(yīng)用方向：骨組織工程

主要內(nèi)容：隨著全球老齡化的發(fā)生，與創(chuàng)傷和疾病相關(guān)的骨骼缺陷和疾病正困擾著數(shù)百萬(wàn)人,。最近,，增材制造（AM）和骨組織工程（BTE）的融合開(kāi)啟了一個(gè)“個(gè)性化骨保健”時(shí)代，“設(shè)計(jì)”,，“打印”和“工程”輸入以產(chǎn)生定制的3D架構(gòu)（生物）支架,，根據(jù)相關(guān)的AM范式，以解決宿主組織的生物/病理復(fù)雜性,。本文對(duì)該領(lǐng)域的基本理論,、范例、生物材料或墨水的選擇,、不同類型的3D打印最新進(jìn)展和未來(lái)趨勢(shì)等進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述,。本綜述可為下一代骨保健用AM生物材料的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供有益的指導(dǎo),。

原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101072

綜述6：通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的可定制微針的設(shè)計(jì)和制造
期刊及發(fā)表時(shí)間：Bioactive Materials （IF 18.9） 2023-10-12

應(yīng)用方向：可定制微針

主要內(nèi)容：微針（MNs）是一種利用10 ~ 1000 μm長(zhǎng)度的針頭,，作為治療、疾病監(jiān)測(cè),、診斷等各種程序的微創(chuàng)技術(shù)的新興技術(shù),。常用的微成型制造方法具有可擴(kuò)展性的優(yōu)勢(shì)，然而,，微成型無(wú)法實(shí)現(xiàn)尺寸,、幾何形狀和結(jié)構(gòu)的快速定制，而這些是決定納米網(wǎng)絡(luò)功能和功效的關(guān)鍵因素,。3D打印提供了一個(gè)可能的替代方案,，使MNs制造具有精確應(yīng)用所需的高精度尺寸，從而提高了性能,。此外,，由于其可定制性和一步流程，3D打印的MNs具有良好的增長(zhǎng)潛力,，特別是在個(gè)性化和按需醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域,。這篇綜述概述了設(shè)計(jì)納米顆粒時(shí)需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)，介紹了制造新一代納米顆粒的各種3D打印技術(shù),，并強(qiáng)調(diào)了3D打印納米顆粒在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的進(jìn)步,。最后,，本文對(duì)3D打印機(jī)器的未來(lái)前景提供了一些見(jiàn)解，特別是其在進(jìn)入市場(chǎng)方面的進(jìn)展,。

原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.09.022

綜述7：光聚合生物打印
期刊及發(fā)表時(shí)間：Nature Reviews Methods Primers （IF 39.5） 2023-06-22

應(yīng)用方向：光固化生物打印的廣泛應(yīng)用

主要內(nèi)容：光聚合生物打印可以使用充滿光活化生物樹(shù)脂的容器(vats),，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、層對(duì)層或體積的方式對(duì)3D細(xì)胞負(fù)載結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助打印,。這一系列技術(shù)——按其操作模式分為立體光刻,、數(shù)字光處理和體積增材制造——在過(guò)去的幾十年里得到了廣泛的發(fā)展，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,。本綜述從硬件,，軟件和生物樹(shù)脂選擇的角度說(shuō)明了光基樹(shù)脂聚合3D生物打印的方法，隨后討論了這些技術(shù)的方法變化,，包括它們的最新進(jìn)展,，并詳細(xì)說(shuō)明了用于確保生物打印程序和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵評(píng)估。最后,，對(duì)基于光的聚合方法的未來(lái)方向提供了見(jiàn)解,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s43586-023-00239-6

綜述8：用于軟體機(jī)器人的3D打印PEDOT:PSS
期刊及發(fā)表時(shí)間：Nature Reviews Materials （IF 83.5） 2023-08-24

應(yīng)用方向：軟體機(jī)器人

主要內(nèi)容：軟機(jī)器人技術(shù)是一門新興的技術(shù)，需要導(dǎo)電材料具有固有的高順應(yīng)性來(lái)感知,，控制或驅(qū)動(dòng),。聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）是一種柔軟柔韌的導(dǎo)電聚合物，具有可調(diào)的機(jī)械性能,，混合離子和電子導(dǎo)電性和優(yōu)異的加工性能,。將PEDOT:PSS與先進(jìn)的3D打印相結(jié)合，在軟材料工程和軟機(jī)器人領(lǐng)域迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇,。本文提供了對(duì)導(dǎo)電聚合物3D打印的理論背景和基本方面的見(jiàn)解,，以加速軟機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。

原文鏈接：https：//doi.org/10.1038/s41578-023-00587-5

綜述9：生物工程皮膚類器官：從開(kāi)發(fā)到應(yīng)用
期刊及發(fā)表時(shí)間：Military Medical Research （IF 21.1） 2023-08-22

應(yīng)用方向：類器官

主要內(nèi)容：近年來(lái),，在高度復(fù)雜的皮膚類器官的開(kāi)發(fā)方面取得了重大進(jìn)展,。作為模擬人類皮膚的三維模型，這些類器官已經(jīng)進(jìn)化成復(fù)雜的結(jié)構(gòu),，并且由于它們能夠克服二維系統(tǒng)的局限性和倫理問(wèn)題，越來(lái)越多地被認(rèn)為是傳統(tǒng)培養(yǎng)模型和人類皮膚的有效替代品,。皮膚類器官固有的可塑性允許其構(gòu)建成生理和病理模型,，使皮膚發(fā)育和動(dòng)態(tài)變化的研究成為可能。本文綜述了從三維層狀表皮到具有附屬物的囊腫樣皮膚類器官進(jìn)展的關(guān)鍵工作,。此外,，它還強(qiáng)調(diào)了由最先進(jìn)的工程技術(shù)（如3D打印和微流感裝置）推動(dòng)的類器官構(gòu)建的最新進(jìn)展。綜述和討論了皮膚類器官在發(fā)育生物學(xué),、疾病建模,、再生醫(yī)學(xué)和個(gè)性化醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用,，并對(duì)其前景和局限性進(jìn)行了展望。

原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40779-023-00475-7

這些綜述從不同的角度和領(lǐng)域,，如組織工程,、可穿戴傳感器、傷口愈合等,，展示了3D打印技術(shù)的最新進(jìn)展和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),。不僅強(qiáng)調(diào)了選擇正確的打印技術(shù)和材料對(duì)于3D打印在生物醫(yī)學(xué)中的成功至關(guān)重要，還指出了亟待解決的問(wèn)題,，如增加打印速度,、提高分辨率、精度,，以及尋找新的生物醫(yī)學(xué)打印材料,。每一種3D打印技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景，但也都有待進(jìn)一步的研究和優(yōu)化,。

我們希望這些文章能激發(fā)更多的思考和探索,，推動(dòng)3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用和發(fā)展。未來(lái),，我們期待看到更多創(chuàng)新的研究和技術(shù)突破,，以更好地服務(wù)于人類健康和醫(yī)療事業(yè)。