3D打印（Three-Dimensional Printing, 3DP）又名增材制造（Additive Manufacturing, AM）鸠丸，由Charles W. Hull首次提出沐扳，是基于計(jì)算機(jī)輔助（CAD/CAM）涝涤、斷層掃描（CT）或核磁（MRI）形成數(shù)據(jù)，然后通過(guò)分層加工淫僻、逐層疊加方法來(lái)構(gòu)建三維架構(gòu)的技術(shù) [1]诱篷。3D打印具有個(gè)性化定制、精度高等特點(diǎn)雳灵，在構(gòu)建復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)棕所，因而近年來(lái)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開(kāi)始廣泛應(yīng)用闸盔，持續(xù)推動(dòng)著醫(yī)療領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。

一地垢、3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)目前較多應(yīng)用于人體硬組織的打印满页，如組織模型、導(dǎo)入器械等鹅址，該技術(shù)已經(jīng)比較成熟裤困。Liu課題組基于超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行3D打印，制作左心耳模型妨谦，輔助左心耳封堵手術(shù)前評(píng)估巡雄，可直觀展示封堵器釋放的影響因素（左心耳個(gè)性化結(jié)構(gòu)、直徑等）显而，優(yōu)化手術(shù)操作夹宏。Owais等通過(guò)3D打印技術(shù)打印出患者個(gè)體化的二尖瓣環(huán)，可更好地評(píng)估術(shù)前二尖瓣環(huán)幾何構(gòu)造楷芝、大小及形狀檩耕。 [2]

3D打印可植入器械的研究也在不斷發(fā)展，例如北京阿邁特醫(yī)療器械科技有限公司利用3D打印技術(shù)制造的生物可降解冠狀動(dòng)脈藥物洗脫支架產(chǎn)品裕砖，目前已在我國(guó)獲批開(kāi)展境內(nèi)臨床試驗(yàn)研究蜒鸣。

圖1：3D打印的功能化血管網(wǎng)絡(luò)

除了在硬組織領(lǐng)域應(yīng)用之外，軟組織的3D打印如打印功能血管網(wǎng)絡(luò)鸵隧、人工心臟绸罗、人工皮膚等，也是當(dāng)下研究熱點(diǎn)豆瘫。

（1）2019年珊蟀，science封面文章報(bào)道了通過(guò)3D打印技術(shù)制作的人造器官中的錯(cuò)綜交纏的血管網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建具有模擬肺泡的外驱、功能性的運(yùn)輸空氣育灸、淋巴液等物質(zhì)的管道（如圖1），預(yù)期幫助組織工程領(lǐng)域的科學(xué)家更好地理解3D打印器官昵宇，促進(jìn)“人造器官”研究的發(fā)展 [3]磅崭。

圖2：首例3D打印完整心臟

（2）以色列特拉維夫大學(xué)研究人員利用患者自身細(xì)胞和生物材料，首次成功設(shè)計(jì)和打印出充滿細(xì)胞瓦哎、血管并有心室和心房的完整心臟（如圖2） [4]砸喻。

（3）四川藍(lán)光英諾公司利用3D打印技術(shù)打印了生物型人工血管，并植入恒河猴體內(nèi)杭煎，推動(dòng)了我國(guó)打印器官用于人類移植方面的發(fā)展 [5]。

然而卒落，軟組織的3D打印需要依賴于3D生物打印技術(shù)枝徙，目前仍面臨眾多挑戰(zhàn)檬撒。

二、3D生物打印技術(shù)

3D生物打咏然馈（3D Bioprinting）是基于3D打印技術(shù)發(fā)展起來(lái)的促军，具有重要的研究意義及應(yīng)用前景。通俗來(lái)講什氮，其通過(guò)3D打印技術(shù)等灾，將含有活細(xì)胞的生物相容性材料打印成為三維功能化的活組織。所以舟道，3D生物打印被用于再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域莫金，將發(fā)揮特殊優(yōu)勢(shì)。

3D生物打印的關(guān)鍵因素包括打印方法遍沟、生物相容性材料洽咬、細(xì)胞。與普通打印相比倚务，3D生物打印涉及更多額外的復(fù)雜性橙围，如材料的選擇、細(xì)胞類型着逐、生長(zhǎng)因子崔赌，以及與活細(xì)胞敏感性和組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)。

（一）3D生物打印方法

普通3D打印方法主要有多種耸别，包括：熔融沉積打印(fused deposition modeling, FDM)健芭、電子束熔化成形（electron beam melting，EBM）太雨、光固化立體印刷(stereo lithography appearance, SLA)吟榴、三維噴印（three dimension inkjet printing囊扳， 3D IP）吩翻、選擇性激光燒結(jié)(selective laser melting, SLM)等 [6]。

考慮到用于3D生物打印的苛刻條件和關(guān)鍵影響因素锥咸，例如表面分辨率狭瞎、細(xì)胞活力和用于印刷的生物材料，能夠用于生物打印的技術(shù)主要分為三類：噴墨生物打硬琛（inkjet bioprinting）熊锭、微擠出生物打印（microextrusion bioprinting）和激光輔助生物打铀砬（laser-assisted bioprinter）（如圖3） [7]俯态。這些方法在3D生物打印中的不同特點(diǎn)列于下表（見(jiàn)表1）。

圖3：3D生物打印方法示意圖 a）噴墨生物打印玻桶；b）微擠出生物打用林俊（通過(guò)氣動(dòng)或機(jī)械力進(jìn)行連續(xù)擠出）；c）激光輔助生物打蛹倥巍（通過(guò)可吸收激光的基底材料產(chǎn)生脈沖壓力）

表1：三種3D生物打印方法對(duì)比

1.噴墨生物打印

噴墨生物打印采用電加熱產(chǎn)生空氣脈沖肢糜，或者通過(guò)壓電、超聲等方法產(chǎn)生脈沖惋探，然后在噴嘴處形成液滴秃停，該方法優(yōu)點(diǎn)是速度快、費(fèi)用低抗海、適用范圍廣泛丹伙、細(xì)胞和材料濃度可調(diào)（濃度梯度），但具有必須采用液體材料稽及、噴嘴阻塞等缺點(diǎn)仿吞。目前噴墨生物打印方法一般應(yīng)用于功能皮膚和軟骨的原位再生，并且保持高細(xì)胞活性和功能性捡偏。噴墨打印技術(shù)對(duì)于功能結(jié)構(gòu)再生具有非常大的潛力唤冈。

2.微擠出生物打印

微擠出生物打印是一種簡(jiǎn)單通用的方法，通過(guò)機(jī)械力的擠壓作用银伟，能夠使樣品池中的材料被連續(xù)擠出你虹，然后通過(guò)在X、Y彤避、Z軸方向的控制傅物，獲得三維空間結(jié)構(gòu)。從材料粘度方面琉预，該方法適用的材料對(duì)粘度范圍廣泛（見(jiàn)表1）董饰，高粘度材料通常提供結(jié)構(gòu)支撐作用，低粘度材料常被用作為維護(hù)細(xì)胞活性而提供細(xì)胞外環(huán)境圆米。從材料特性方面卒暂，比較有代表性的材料包括溫敏性材料和剪切稀釋材料。例如有些材料在室溫下呈流動(dòng)狀態(tài)娄帖，能夠與其他材料共同擠出乏根，然后在體溫時(shí) 交聯(lián)固化；剪切稀釋材料的粘度隨剪切率增大而減小仔省，這一固有特性恰好滿足擠出工藝俄躺。

微擠出的最主要優(yōu)點(diǎn)是能夠沉積高的細(xì)胞密度，有利于滿足組織工程需要红集，缺點(diǎn)是細(xì)胞成活率低亲沃。微擠出生物打印已經(jīng)被用來(lái)制造多種組織条稍，包括主動(dòng)脈瓣膜 [8]、分支血管樹(shù) [9]袋员、體外藥物代謝 [10]和腫瘤模型 [11]等豪服。雖然打印高分辨復(fù)雜結(jié)構(gòu)所用時(shí)間較長(zhǎng)，但是目前該打印策略已經(jīng)能夠打印的產(chǎn)品比較廣泛弊刁。

3.激光輔助生物打印

激光輔助生物打印的原理可以簡(jiǎn)單概括為，激光脈沖作用于能量吸收層上汰日，然后產(chǎn)生高壓氣泡鞋族，推動(dòng)含有細(xì)胞的打印材料到承接基體上，構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)挂捅。優(yōu)點(diǎn)為高分辨率芹助、能夠沉積、高細(xì)胞密度闲先。由于該方法要求快速交聯(lián)状土、花費(fèi)高，目前應(yīng)用較少伺糠。

（二）材料

相比于普通3D打印蒙谓，3D生物打印技術(shù)要求材料具有生物相容性，且能夠提供目標(biāo)組織的功能性训桶，例如機(jī)械性能累驮。目前最常用材料分為兩大類：天然高分子和合成高分子。3D生物打印材料對(duì)比見(jiàn)表2舵揭，用于生物打印的理想材料性能要求見(jiàn)表3谤专。

表2：3D生物打印材料對(duì)比

表3：用于生物打印的理想材料性能要求

（三）細(xì)胞

用于打印的細(xì)胞，需要盡量接近體內(nèi)生理狀態(tài)午绳、保持體內(nèi)功能置侍，并且具有一定的增殖分化能力。目前用于3D打印已經(jīng)比較成熟的細(xì)胞主要是間充質(zhì)干細(xì)胞拦焚，例如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞瘫骏、脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞等。干細(xì)胞具有多種分化能力裹依、再生組織與器官的潛能呢呕。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPSC）也適合3D生物打印。

三帐捺、3D醫(yī)療器械監(jiān)管建議

3D生物打印技術(shù)已愈來(lái)愈多地融入到醫(yī)療領(lǐng)域框碾，特別是醫(yī)療器械領(lǐng)域，鑒于該技術(shù)為醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展帶來(lái)革命性變化以及同硬組織3D打印技術(shù)的差異性赫捕，目前的監(jiān)管法規(guī)和手段已不足以對(duì)其進(jìn)行科學(xué)監(jiān)管馋首。其他國(guó)家的監(jiān)管部門已開(kāi)始積極針對(duì)3D打印技術(shù)提出指導(dǎo)意見(jiàn)，但更多的是集中于硬組織的3D打印，而不是3D生物打印領(lǐng)域鳞皂，例如美國(guó)FDA發(fā)布的增材制造指南 [12]壶碴。因此，針對(duì)軟組織的3D生物打印技術(shù)愧增，尚需進(jìn)一步關(guān)注撼予，制定科學(xué)監(jiān)管要求，引導(dǎo)3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)悟民、健康坝辫、創(chuàng)新發(fā)展。

（醫(yī)療器械質(zhì)量與檢測(cè)）

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