生物3D打印的原理與實(shí)驗(yàn)方案（一）：生物墨水及新興研究方向
3D生物打印是增材制造的一種形式，通過(guò)使用生物兼容性墨水或在其中添加細(xì)胞，使該墨水能夠應(yīng)用于三維組織工程……或許我們已經(jīng)看過(guò)多次這樣的生物3D打印定義。但細(xì)究打印過(guò)程的細(xì)節(jié)、步驟、原理，乃至延申到打印前的細(xì)胞培養(yǎng)和打印后的組織培養(yǎng)，或許都只有一個(gè)模糊的概念。因而，Jeremy M. Crook于2020年出版了3D Bioprinting: Principles and Protocols一書(shū)，旨在將生物3D打印前后相關(guān)的操作標(biāo)準(zhǔn)化，使科研工作者能夠更為方便地開(kāi)展工作。書(shū)的內(nèi)容正如書(shū)名，分為Principle與Protocol兩大塊，前者介紹相關(guān)概念，以理論內(nèi)容為主；后者則提供實(shí)驗(yàn)步驟，以器官作為章節(jié)分類(lèi)介紹。
書(shū)的內(nèi)容以生物3D打印的歷史作為起始。介紹了兩類(lèi)生物3D打印公司：以設(shè)備和應(yīng)用起家、以耗材即生物墨水的開(kāi)發(fā)起家。前者以瑞士regenHU作為代表，也包括德國(guó)Envision Tec（現(xiàn)為美國(guó)Desktop Metal全資子公司）、日本Cyfuse等；后者則以瑞典Cellink為代表（由公司名稱(chēng)也能看出），包括美國(guó)Allevi、Se3D。他們能夠在領(lǐng)域發(fā)展初期，就看到生物墨水與傳統(tǒng)材料的區(qū)別，并開(kāi)發(fā)合適的方法予以轉(zhuǎn)變。在書(shū)中，相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言，生物墨水有一下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、 以可控的方式被擠出，形成柱狀或能維持形狀的液滴等。
2、 在應(yīng)力作用下能夠因剪切稀變特性而發(fā)生流動(dòng)，但在沒(méi)有負(fù)載時(shí)則保持形狀。
3、 可以通過(guò)交聯(lián)或自組裝避免被溶解，同時(shí)可以在多層結(jié)構(gòu)或堆疊時(shí)維持形狀。
書(shū)的內(nèi)容以生物3D打印的歷史作為起始。介紹了兩類(lèi)生物3D打印公司：以設(shè)備和應(yīng)用起家、以耗材即生物墨水的開(kāi)發(fā)起家。前者以瑞士regenHU作為代表，也包括德國(guó)Envision Tec（現(xiàn)為美國(guó)Desktop Metal全資子公司）、日本Cyfuse等；后者則以瑞典Cellink為代表（由公司名稱(chēng)也能看出），包括美國(guó)Allevi、Se3D。他們能夠在領(lǐng)域發(fā)展初期，就看到生物墨水與傳統(tǒng)材料的區(qū)別，并開(kāi)發(fā)合適的方法予以轉(zhuǎn)變。在書(shū)中，相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言，生物墨水有一下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、 以可控的方式被擠出，形成柱狀或能維持形狀的液滴等。
2、 在應(yīng)力作用下能夠因剪切稀變特性而發(fā)生流動(dòng)，但在沒(méi)有負(fù)載時(shí)則保持形狀。
3、 可以通過(guò)交聯(lián)或自組裝避免被溶解，同時(shí)可以在多層結(jié)構(gòu)或堆疊時(shí)維持形狀。
圖1：生物3D打印中常見(jiàn)的兩種方式——擠出式與噴墨式
針對(duì)這些特點(diǎn)，需要通過(guò)以下方法使原有的傳統(tǒng)材料轉(zhuǎn)變?yōu)樯锬?/span>
1、 加入增稠劑以提高墨水的黏度，并賦予剪切稀變的特性。
2、 控制溫度：某些材料在一定范圍內(nèi)復(fù)合生物墨水的性質(zhì)
3、 使用支撐材料輔助
另外，作者也提到，使用生物3D打印的一個(gè)較為現(xiàn)實(shí)且迫切的目的，是繞開(kāi)傳統(tǒng)2D組織培養(yǎng)、異體組織移植、器官捐獻(xiàn)等種種帶來(lái)的限制。除了使用細(xì)胞進(jìn)行常規(guī)生物3D打印解決上述幾個(gè)問(wèn)題外，作者也提到多個(gè)正在引起關(guān)注的研究方向：
1、4D生物打�。捍蛴『蟮慕M織仍具有一定的活動(dòng)性，可隨時(shí)間或在刺激物的促進(jìn)下改變性質(zhì)
2、仿生機(jī)器人（Soft Robotics）：打印肌細(xì)胞和導(dǎo)電材料制作人工肌肉模型，在給予適當(dāng)刺激后，可使細(xì)胞發(fā)生收縮，成為生化機(jī)器人。
3、器官芯片（Organ-on-a-Chip）：在體外進(jìn)行器官小型化，打印出模擬器官，以研究其獨(dú)立或與其他器官之間的功能、活動(dòng)、反應(yīng)或機(jī)理，如藥理學(xué)、毒理學(xué)研究。
4、血管組織（Vascularized Tissues）：彌補(bǔ)傳統(tǒng)器官培養(yǎng)中缺乏血管網(wǎng)絡(luò)，難以真實(shí)模擬體外器官的缺陷。
參考文獻(xiàn)：
[1] Estermann M., Bisig C., Septiadi D., Petri-Fink A., Rothen-Rutishauser B. (2020) Bioprinting for Human Respiratory and Gastrointestinal In Vitro Models. In: Crook J. (eds) 3D Bioprinting. Methods in Molecular Biology, vol 2140. Humana, New York, NY.https://doi.org/10.1007/978-1-0716-0520-2_13.
[2] Luo Y, Elumalai A, Humayun A, et al. Understanding Cancer Cell Behavior Through 3D Printed Bone Microenvironments[M] 3D Bioprinting in Medicine, 2019, 163-189.
REGENHU生物3D打印機(jī)具有高精度、高穩(wěn)定性、打印方式廣泛、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，歡迎大家咨詢(xún)！聯(lián)系電話021-37827858 或 13818273779（微信同號(hào)）。
REGENHU生物3D打印機(jī) R-GEN100 的樣機(jī)已經(jīng)到锘海啦！歡迎各位老師前來(lái)測(cè)樣！
生物3D打印應(yīng)用 | 構(gòu)建體外肝毒性模型
生物3D器官打印——人工角膜
1、 加入增稠劑以提高墨水的黏度，并賦予剪切稀變的特性。
2、 控制溫度：某些材料在一定范圍內(nèi)復(fù)合生物墨水的性質(zhì)
3、 使用支撐材料輔助
另外，作者也提到，使用生物3D打印的一個(gè)較為現(xiàn)實(shí)且迫切的目的，是繞開(kāi)傳統(tǒng)2D組織培養(yǎng)、異體組織移植、器官捐獻(xiàn)等種種帶來(lái)的限制。除了使用細(xì)胞進(jìn)行常規(guī)生物3D打印解決上述幾個(gè)問(wèn)題外，作者也提到多個(gè)正在引起關(guān)注的研究方向：
1、4D生物打�。捍蛴『蟮慕M織仍具有一定的活動(dòng)性，可隨時(shí)間或在刺激物的促進(jìn)下改變性質(zhì)
2、仿生機(jī)器人（Soft Robotics）：打印肌細(xì)胞和導(dǎo)電材料制作人工肌肉模型，在給予適當(dāng)刺激后，可使細(xì)胞發(fā)生收縮，成為生化機(jī)器人。
3、器官芯片（Organ-on-a-Chip）：在體外進(jìn)行器官小型化，打印出模擬器官，以研究其獨(dú)立或與其他器官之間的功能、活動(dòng)、反應(yīng)或機(jī)理，如藥理學(xué)、毒理學(xué)研究。
4、血管組織（Vascularized Tissues）：彌補(bǔ)傳統(tǒng)器官培養(yǎng)中缺乏血管網(wǎng)絡(luò)，難以真實(shí)模擬體外器官的缺陷。
圖2：得益于生物3D打印，科學(xué)家可以在體外構(gòu)建更貼近真實(shí)情況的復(fù)雜血管網(wǎng)
同時(shí)，生物3D打印也較為適合在GLP（good laboratory practice，藥物非臨床研究質(zhì)量管理規(guī)范，在生物3D打印領(lǐng)域可譯為良好實(shí)驗(yàn)質(zhì)量管理規(guī)范）甚至GMP（Good Manufacturing Practice，藥物生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范，在生物3D打印領(lǐng)域可譯為良好生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范）規(guī)范下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而可控地完成組織構(gòu)造。參考文獻(xiàn)：
[1] Estermann M., Bisig C., Septiadi D., Petri-Fink A., Rothen-Rutishauser B. (2020) Bioprinting for Human Respiratory and Gastrointestinal In Vitro Models. In: Crook J. (eds) 3D Bioprinting. Methods in Molecular Biology, vol 2140. Humana, New York, NY.https://doi.org/10.1007/978-1-0716-0520-2_13.
[2] Luo Y, Elumalai A, Humayun A, et al. Understanding Cancer Cell Behavior Through 3D Printed Bone Microenvironments[M] 3D Bioprinting in Medicine, 2019, 163-189.
REGENHU生物3D打印機(jī)具有高精度、高穩(wěn)定性、打印方式廣泛、應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，歡迎大家咨詢(xún)！聯(lián)系電話021-37827858 或 13818273779（微信同號(hào)）。
REGENHU生物3D打印機(jī) R-GEN100 的樣機(jī)已經(jīng)到锘海啦！歡迎各位老師前來(lái)測(cè)樣！
點(diǎn)擊以下鏈接，查看往期回顧
生物3D打印應(yīng)用 | 打印高載藥量速釋片劑生物3D打印應(yīng)用 | 構(gòu)建體外肝毒性模型
生物3D器官打印——人工角膜
發(fā)布者：锘海生物科學(xué)儀器（上海）有限公司
聯(lián)系電話：86-21-37827858 或 13818273779
E-mail：info@nuohailifescience.com
聯(lián)系電話：86-21-37827858 或 13818273779
E-mail：info@nuohailifescience.com
- BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在復(fù)雜構(gòu)建中的應(yīng)用之微結(jié)構(gòu)模型
- BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在構(gòu)建中的應(yīng)用之血管模型
- BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在構(gòu)建中的應(yīng)用之生長(zhǎng)因子釋放模型
- BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在構(gòu)建中的應(yīng)用之膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型
- BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在構(gòu)建中的應(yīng)用之眼睛模型
- 文獻(xiàn)解讀：多孔粘彈性水凝膠的觸發(fā)式微孔形成生物打印
- BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在心臟模型構(gòu)建中的應(yīng)用
- BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在肝臟模型構(gòu)建中的應(yīng)用
- FDA新政下微流控和類(lèi)器官技術(shù)工坊預(yù)告及招展通知
- FDA宣布逐步取消動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，加速類(lèi)器官替代進(jìn)程
- CELLINK網(wǎng)絡(luò)研討會(huì):3D生物打印技術(shù)如何用于癌癥研究
- 網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)預(yù)告：芯片組織與3D打印構(gòu)建仿生體外模型
- 國(guó)內(nèi)首臺(tái)商業(yè)化體積打印裝備——OrganSEC成功發(fā)布
- 凈信旗下雷萌生物代表ibidi為壽宇峰博士頒發(fā)論文獎(jiǎng)
- 祝賀進(jìn)科馳安獲TissueLabs3D生物打印機(jī)全國(guó)總代
- CELLINK開(kāi)放生物打印BIO ONE應(yīng)用及技術(shù)說(shuō)明下載通道
Copyright(C) 1998-2025 生物器材網(wǎng) 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com