3D打印生物墨水在组织修复与再生医学中的应用

背景：通过选用合适的生物墨水，3D打印技术可用以制造人体组织和器官的代替物，并在人体内发挥作用。近些年来3D打印技术发展迅速，在再生医学中有着巨大的应用潜力。目的：介绍3D打印用生物墨水的类型，并综述生物墨水的分类、应用、优缺点及未来愿景。方法：以“3D printing,Biological ink,Tissue engineering,hydrogel,Synthetic material,Cytoactive factor,3D打印、生物墨水、组织工程”为检索词，运用计算机检索2000-2022年以来发表在PubMed、CNKI数据库中的相关文献，最终纳入83篇进行综述。结果与结论：在过去的几十年里，生物3D打印技术发展迅速，在组织工程和生物医学等各个领域都受到了极大的关注。相对于传统生物支架制造方法在功能性及结构方面受到的限制，3D打印可以更好地模拟生物组织复杂的结构，并且具有合适的力学、流变学和生物学特性。生物墨水是3D打印中必不可少的一部分，通过生物材料制备的生物墨水，经打印后产生的生物支架在组织修复和再生医学等方面有着巨大的科研潜力及临床意义，其材料的研究本身也越来越受到...     

制备脱细胞基质生物墨水在心血管疾病领域中的应用

背景：借助计算机辅助,3D生物打印技术利用负载活细胞的生物墨水实现组织器官的构建,这种技术设计自由度高、可个性化定制且制造灵活,为心血管组织工程构建带来了新希望。生物墨水是3D生物打印技术的关键,是生物材料与组织再生领域近年来的研究热点。脱细胞基质材料具有低免疫原性、维持原有细胞外基质组分与纤维结构以及利于组织特异性细胞的存活与扩增的特点,是一种具有潜力的生物墨水。目的：总结了脱细胞基质生物墨水的制备与性能表征方法及其在心血管领域中的应用,为脱细胞基质生物墨水在心血管领域中的应用研究提供重要参考。方法：在中国知网和PubMed数据库中进行相关文献检索,中文检索词为“3D打印、脱细胞、生物墨水、血管、心脏”,英文检索词为“decellularization,bioink,3D print,vessel,cardiac”,最终纳入82篇文献进行分析。结果与结论：(1)脱细胞基质生物墨水的基本制备步骤包括生物材料脱细胞处理获得脱细胞基质,酶解消化脱细胞基质,调节消化液pH值和渗透压以及脱细胞基质混合细胞;(2)脱细胞基质生物墨水的基本性能表征主要包括脱细胞基质组分、流变性能、微观结构、生物活...     

3D生物打印技术在心脏组织工程中的研究进展

心脏组织工程（CTE）是一种具有发展前景的心脏修复技术，为心脏组织的研究提供了平台，其主要应用于修复受损或无效的血管、心脏瓣膜和心肌。三维（3D）生物打印技术已经越来越多地用于医学的不同领域，包括心血管疾病（CVD）。文章就CTE的3D生物打印技术的最新进展作一综述，针对特定CVD患者的3D打印模型，重点介绍了3D打印模型在先天性心脏病、冠状动脉疾病及主动脉瓣疾病等CAD中的应用，以及生物打印过程中常用于生物墨水的海藻酸盐、明胶、纤维蛋白和胶原蛋白等生物材料，并分析了3D生物打印技术在CTE领域的应用前景及未来要面临的挑战。3D生物打印技术因能够将多个细胞整合到具有复杂3D结构的打印支架中而备受关注，为多种CAD患者提供更多治疗方案，增强了临床医生对复杂疾病的理解和对复杂手术的信心。随着3D打印技术的发展和打印材料的改进，3D打印技术将在CTE中应用会越来越广泛。     

基于同轴细胞打印双网络生物墨水优化及类血管支架的打印

文题释义：双网络生物墨水：生物墨水是指可以用于生物3D打印机的材料,具有类似细胞外基质的理化性质,可用于制造与人体器官相似的组织。双网络生物墨水内部具有两种交联网络,能使体外构建的组织具有良好的机械性能,适用于不同的应用场景。 同轴细胞打印：生物3D打印也叫细胞打印,是指操控细胞生物墨水体外构建活性组织的过程。同轴细胞打印是生物3D打印的延伸和发展,通过结合多层同轴针头可以直接快速制备含有内部连通网络的组织工程支架。 背景：细胞体外培养情况下无法在远离营养物质200 μm以上的区域存活,血管网络构建对组织工程领域厚组织和器官再生至关重要,同轴细胞打印为体外构建类血管通道提供了一种新的方式。 目的：优化生物墨水的同轴细胞打印性能,制备具有类血管结构的组织工程支架。 方法：通过间歇式巴氏灭菌制备无菌海藻酸钠溶液,冷冻保存;以脱胶蚕丝为原料制备无菌丝素蛋白冻干粉,密封保存;将丝素蛋白冻干粉加入解冻的海藻酸钠溶液中,再加入人脐静脉内皮细胞,作为生物墨水;将生物3D打印机的外轴连接生物墨水,内轴连接交联剂,同轴打印类血管支架材料,进行光学相干层析成像扫描、扫描电镜观察;拉伸测试海藻酸钠与丝素蛋白/海藻酸钠同轴打印环形试件(不含细胞)的弹性模量。采用冷冻保存7 d的海藻酸钠溶液与人脐静脉内皮细胞制作同轴打印支架,冷冻保存7 d的海藻酸钠溶液、人脐静脉内皮细胞与密封保存6个月的丝素蛋白冻干粉制作同轴打印支架,培养24 h后死活染色观察细胞存活率。设计打印串联与并联结构的类血管支架,培养1,3,7,10,14 d后检测细胞增殖情况。 结果与结论：①光学相干层析成像扫描显示,该混合生物墨水最高打印高度为9层,整体厚度约为4.4 mm;扫描电镜显示,类血管支架的中空纤维丝外壁呈无规则条状卷曲,存在微米级内部连通孔隙结构,中空纤维丝内壁具有更致密的孔隙结构;②丝素蛋白/海藻酸钠同轴打印环形试件的弹性模量大于单纯海藻酸钠同轴打印环形试件(P < 0.05);③采用保存7 d海藻酸钠溶液制作的支架细胞存活率为(86.7±3.4)%,加入丝素蛋白冻干粉支架的细胞存活率为(98.1±1.2)%,说明冷冻保存7 d的海藻酸钠溶液未染菌,丝素蛋白的保质期可达6个月;④并联结构类血管支架培养7,10,14 d的细胞增殖活性高于串联结构的类血管支架(P < 0.05);⑤结果表明,实验制备的类血管支架材料具有良好的生物相容性与机械性能。 ORCID: 0000-0002-5556-6672(张一帆) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

3D打印气管补片细胞相容性和生物力学性能研究

目的 研究3D打印气管补片的生物力学性能及其与骨髓间充质干细胞(BMSCs)的生物相容性.方法 从幼年新西兰大白兔胫骨平台抽取骨髓,通过全骨髓培养及贴壁纯化法获取BMSCs进行培养和传代.对3D打印气管补片进行生物力学测试;同时将其与BMSCs共培养后进行细胞形态观察,并用磺酰罗丹明B(SRB)比色法测定细胞增殖活性.结果 3D打印气管补片具有良好的生物力学性能;其与BMSCs共培养后细胞形态正常,贴壁生长良好,且SRB比色法显示细胞增殖良好.结论 3D打印气管补片具备良好的生物力学性能和生物相容性,是一种具有开发潜力的生物材料,可用于组织工程气管的体外构建.     

组织工程中3D生物打印技术的应用

背景：近年来,研究者将最先应用于工程领域的3D打印技术嫁接到组织工程学中,希冀利用3D生物打印技术进行体外组织、器官复制过程,并取得了一些令人惊喜的成果。 目的：从3D打印技术的原理、打印操作步骤、与组织工程学的关系、优势和难题、临床应用等方面对其目前的发展趋势做一概述。 方法：第一作者应用计算机检索2000年1月至2013年10月PubMed数据库、中国期刊全文数据库、维普中文期刊网有关3D生物打印技术在组织工程中应用的文章,英文检索词“three-dimensional bioprinting, tissue engineering, rapid prototyping technology, scaffold materials, selective laser sintering, fused deposition modeling, stereolithography ”,中文检索词“3D生物打印,组织工程学,快速成型技术,支架材料,选择性激光烧结,熔融沉积成型,立体光刻技术”,排除重复性研究。共检索到79篇相关文献,其中52篇文献符合纳入标准。 结果与结论：3D生物打印就是借助影像技术(CT、MRI)资料的辅助,应用计算机辅助设计技术虚拟出待构建体的三维结构,然后利用相应的材料,逐层创建出实体的一种组织工程学技术。其具有高精度、构建速度快,可实现按需制造等优势,但也面对力学、生物学等方面的难题,临床应用前景广阔。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

生物打印技术在组织工程气管领域的最新研究进展与应用

背景:长段气管病变主要由感染、创伤、恶性肿瘤等因素引起,至今其临床治愈情况仍然无法令人满意.组织工程气管结合生物打印技术可为气管长段损伤修复提供有效治疗途径.目的:综述生物打印技术在组织工程气管领域的应用与进展.方法:以"tracheal tissue engineering,3D printing,4D printi...     

3D打印水凝胶仿生结构修复运动系统的组织损伤

背景:创伤、炎症和肿瘤等因素常会造成运动系统各组织缺损,损伤包括骨、关节、骨骼肌以及伴行血管及神经,而临床上通常难以对涉及的所有组织功能损伤实现系统地修复,这为临床治疗带来了极大的挑战。目的:阐述3D打印的水凝胶仿生结构在运动系统组织损伤中的应用。方法:运用计算机检索中国知网、万方和PubMed数据库中2003-2023年发表的相关文献,以“3D printing,Hydrogel,Bone,Cartilage,Muscle,Nerve,Vasculature,Tissue engineering,Biomimetics”为英文检索词,以“3D打印,水凝胶,骨,软骨,肌,神经,脉管系统,组织工程,仿生结构”为中文检索词检索,并进行筛选、归纳与总结,最终纳入63篇相关文献进行综述。结果与结论:(1)3D打印水凝胶可以通过几种不同的方式实现,如直接3D打印、混合模式3D打印,或是通过打印中间模具来制造具有3D仿生结构的水凝胶,在目前的研究中,3D打印水凝胶仿生结构的制造工艺里应用最广泛的还是挤出式打印。(2)通过生物打印水凝胶可制造具有复杂灌注结构的仿生血管并可诱导形成生物相关、高度组织化...     

3D打印器官芯片研究进展

器官芯片是一种将生物体活细胞植入精准设计的微流体芯片内,可特定再现生物体组织器官功能的仿生的微生理系统,在疾病模拟、毒性检测、新药研发、精准医疗等许多方面具有独特应用前景。3D生物打印技术与器官芯片技术相结合制作3D打印器官芯片,可实现芯片制造工艺的简易化和低成本化,同时满足对复杂异质三维微环境的精细需求。综述3D打印器官芯片在打印方式、打印墨水等方面的研究进展,阐述其最新生物医学应用,总结器官芯片结构和功能单元的打印方式和打印墨水,探讨基于现有打印工艺实现器官芯片一体化制造的潜在可行性,概述3D打印器官芯片技术在心、肝、肺、肾、神经、肿瘤等组织和器官结构和功能仿生方面的最新进展,最后展望3D打印器官芯片技术领域的发展趋势和有待解决的关键问题。     

3D生物打印技术及其在组织工程中的应用

3D生物打印是在3D打印(three-dimensional printing,3DP)和组织工程等多学科融合的基础上发展出来的一种新兴应用技术,该技术能够根据数字化的模型设计将生物材料和/或细胞打印成三维生物功能体,被广泛应用于血管、骨骼等组织的再生与重建领域.     

三维生物打印在泌尿系统修复重建中的应用及展望

三维(3D)生物打印是近年来新兴的一项生物组织工程学技术,其发展有利于解决目前临床组织器官修复的问题。本文就3D生物打印和泌尿系统修复重建的临床与研究现状进行回顾,并展望3D生物打印应用于泌尿系统修复重建中的可行性与临床价值。     

三维生物打印技术在泌尿系组织工程中的研究进展

针对泌尿系疾病导致的组织器官损伤和缺失,目前临床上的治疗方法存在局限性。组织工程通过对细胞、生物支架和生物相关分子的研究,提供了一种可替代或再生受损组织器官的治疗手段。三维（3D）生物打印技术作为新兴制造技术,能对载有细胞的生物材料精确控制,进一步推动着组织工程领域的发展。本文综述了3D生物打印技术在肾脏、输尿管、膀胱、尿道组织工程中的研究进展和应用,并讨论了目前面临的主要挑战和未来展望。     

生物细胞三维打印技术与材料研究进展

生物细胞三维(3D)打印是一种新型的制造技术,通过该技术可以将细胞以及细胞支撑材料打印成复杂的具有3D结构与功能的组织。与其他3D打印技术相比,生物细胞3D打印需要对打印过程以及打印材料的生物环境进行研究。针对生物细胞3D打印的特点,本文主要讨论了生物细胞3D打印技术的发展现状,重点从打印技术与打印材料两个方面展开介绍。其中,针对现有打印技术,本文重点介绍了喷墨法、挤出沉积法、光固化成型法以及激光辅助法的精度、制备过程、材料要求以及对细胞状态影响,并在此基础上比较了各自的优势和局限性;针对常用的打印材料,本文重点介绍并对比了其交联方式、生物相容性以及应用场合等。生物细胞3D打印技术目前仍主要在实验室发展阶段,对现阶段生物3D打印技术原理与发展进行回顾总结不仅有助于思考如何将这一技术尽快投入实用,也有助于更好地规划生物3D打印的未来发展方向。     

3D打印技术在整形外科的研究及应用进展

背景:3D生物打印利用组织工程及干细胞研究的成果,以活细胞及其他细胞活性成分作为打印原料,最终实现生物活性组织的打印和制作。目的:对3D打印技术目前在整形外科的应用及研究进展作一综述。方法:由第一作者检索从2007至2016年PubM ed、Ovid、中国知网等数据库收录的关于3D打印技术在整形外科应用及研究进展的文献。英文检索词为"three-dimensional printing,3D printing,plastic and reconstructive surgery,orthopaedic,organ printing",中文检索词为"3D打印,整形外科,修复重建,器官打印",按纳入、排除标准筛选最终纳入44篇文献进行分析、总结。结果与结论:3D打印目前在颅颌面骨重建、耳鼻再造、皮肤打印及乳房重建等方面的应用较为广泛,特别在制作骨替代品及个性化假肢、假体方面技术已相当成熟。3D打印技术经历了从假体制作到生物活性打印的发展过程,最终有望进入器官打印阶段,彻底解决自体或同种异体移植所存在的局限。     

3D打印技术在唇腭裂精准与个性化治疗中的应用北大核心

背景:3D打印技术的临床应用为唇腭裂精准化、个性化治疗提供了有效的辅助手段。目的:归纳3D打印在唇腭裂诊治中的应用现状,展望3D打印技术在唇腭裂精准与个性化治疗上的应用前景。方法:通过计算机检索中国知网、万方和PubMed数据库,以“唇裂、腭裂、唇腭裂、3D打印”为中文检索词,以“Cleft Lip,Cleft Palate,Printing,Three-Dimensional”为英文检索词,共检索出约77篇相关文献。根据纳入和排除标准,最终纳入68篇文献进行汇总、归纳,具体包括唇腭裂的分类、治疗、3D打印技术应用现状等相关内容。结果与结论:①在术前(后)正畸及塑形中,3D打印提供了个性化矫治器,且随着生物活性剂的加入,还出现了多种矫治器制造的新策略,包括使用新型材料和药物涂层,使得3D打印矫治器能具有抑菌性作用,提升了治疗效果,但目前矫治器材料强度、硬度以及长期有效性均有待进一步探索。②在手术计划与模拟环节中,引入3D打印导板和计算机辅助虚拟手术系统,用来规划手术指南,帮助了术者更精准地进行手术操作,降低了手术难度,然而其主要针对骨性组织的辅助治疗,在唇腭裂软组织方面的辅助作用较弱。③在术中植入物环节中,个性化组织工程结构的生物材料因拥有良好的骨创导、骨再生性,且贴合患者骨组织的三维空间结构,是用于唇腭裂患者骨性裂隙植入修复的研究热点材料,但其在治疗过程中的生物相容性、安全性还未进行深入研究。④在手术培训与教育方面,3D打印解剖模型能帮助医学工作者更好地学习唇腭裂相关理论知识及手术技巧,同时可以作为医患沟通的良好工具。⑤因此,利用3D打印技术,配合计算机辅助虚拟手术系统以及个性化组织工程结构的生物材料来治疗唇腭裂,可促进唇腭裂由经验治疗向个性化及精准化治疗的转变,达到唇腭裂治疗效果。     

喷墨打印技术同步打印细胞和生物支架材料及在组织工程中的应用

背景：喷墨打印技术是将墨滴喷射到接受体形成图像或文字的非接触性打印技术。 目的：总结并讨论喷墨打印技术的研究进展及其在组织工程中的运用。 方法：由第一作者用计算机检索中国期刊全文数据库(CNKI：1995/2010)和PubMed数据库(1995/2010),检索词分别为“喷墨打印技术,细胞打印,生物材料,细胞因子”和“inkjet printing,cell printing,biomaterial,cytokine,organ printing”。共检索到352篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入35篇文章。从喷墨打印技术研究进展及其在组织工程中的运用2个方面进行总结,对喷墨打印技术在细胞打印、生物支架材料打印、细胞活性因子打印及细胞-生物支架材料同步打印的应用等方面进行介绍。 结果和结论：喷墨打印技术作为一种新型组织工程技术,在组织与器官打印研究中有广泛的运用前景。该技术可以打印多种细胞,打印后的细胞能够存活和保持原有生物学活性,而且喷墨打印技术通过打印水凝胶支架材料,构建具有良好的三维结构的3D水凝胶支架。此外,运用喷墨打印技术可以打印细胞活性因子,并保持其生物学活性。通过同步打印细胞和生物支架材料,喷墨打印技术有望构建3D细胞-生物支架材料复合的仿生组织和器官。     

腰椎植入物应用于退变性腰椎滑脱:生物相容性评价

背景:脊柱内固定物被广泛用于退变性腰椎滑脱症的治疗,其目的是利于腰椎融合、重建腰椎矢状位序列、解除脊髓或神经根的压迫。目的:综述腰椎植入物应用于退变性腰椎滑脱症的生物相容性。方法:应用计算机检索2000年1月至2015年1月Pub Med数据库和中国期刊全文数据库数据库,在标题和摘要中以"生物相容性,内植物,退变性腰椎滑脱;biocompatibility,Degenerative lumbar spondylolisthesis,Implant"为检索词进行检索。结果与结论:目前常用的腰椎内植入物为椎弓根螺钉与椎间融合器。椎间融合器主要包括生物型椎间融合器、金属型椎间融合器、复合材料型椎间融合器及可吸收行椎间融合器。不同材料的内固定植入物具有不同的生物相容性,同时也具有不同的稳定性。随着仿生学、3D打印技术、生物力学、材料学的发展,腰椎植入物将具有更好的生物相容性、更好的骨替代能力、更好的生物力学特性。     

3D打印在医学领域的应用进展

三维(3D)打印出现于20世纪90年代,最初应用于模具制造、工业设计等领域。随着打印材料的研发和控制技术的完善,其应用越来越广泛。相较于传统制造技术,3D打印在小批次、设计复杂的物件制造上具有成本和效率优势,这也使得3D打印技术在医学领域中拥有极佳的应用前景。本文简述了3D打印技术的相关概念并综述了3D打印技术在医学领域中四个方面的应用:辅助外科手术,如打印3D模型辅助医生进行术前规划,打印手术导板等;打印个性化医疗器械,如打印助听器、义肢、义齿、新型给药系统和个性化内植入物等;应用于组织工程,如打印组织工程支架以及生物3D打印技术等;应用于医学教育和基础科研,如打印3D模型用于临床教学或者解剖教学,打印3D实体模型用于生物力学研究以及3D打印人工组织器官用于药物测试和肿瘤研究等。最后总结了现有3D打印技术的不足之处,并对其在医学领域的发展前景做出展望。     

3D打印支架修复感染性骨缺损

背景:目前感染性骨缺损的治疗存在病程长、治疗效果不佳及花费较高等问题,并且临床治疗使用个性化骨替代材料的成骨作用有限,故临床治疗亟需一种兼具良好成骨效果和抗菌作用的3D打印植骨材料。目的:总结负载抗菌制剂3D打印支架用于感染性骨缺损的研究现状。方法:检索2010年1月至2022年6月PubMed、Web of Science、Elsevier及中国知网收录的相关文献,中文检索词为“骨缺损,3D打印,支架材料,抗菌,动物实验,体外实验”,英文检索词为“bone defect,3D printing,scaffold,antibiosis,animal experiment,in vitro”,最终纳入60篇文献进行综述分析。结果与结论:钛、镁、钽等金属及其合金制备的3D支架具备一定成骨性能,但不具备抗菌功能。羟基磷灰石等生物陶瓷材料的生物相容性好、易降解,但因强度不够通常与人工高分子聚合物材料结合成复合材料,分别模仿天然骨中的无机成分和有机成分,发挥各自优良功能。抗生素、纳米银/铜、抗菌肽、镓元素等抗菌制剂分别通过破坏细菌细胞膜、产生活性氧干扰细菌DNA复制、抑制铁元素吸收等机制来发挥抗...     

三维打印技术在肝脏外科和肝毒性评价中的研究进展

三维(3D)打印作为一种新兴的快速成型技术,已广泛应用于生物医学领域。3D打印最初在医学中主要用于可视化模型、模具的构建,但随着生物医学领域3D打印技术的发展,该技术逐渐应用在复杂组织再生和器官重构等方面,通过生物3D打印获得的人工组织和器官,有望用于器官移植以及进行新药研发和药物毒性评价等医药学相关的研究。本文重点阐述了3D打印技术在肝脏外科中的个体化应用,并重点介绍了生物3D打印技术在肝移植、药物肝脏代谢和肝毒性评价中的研究进展,并进一步对其未来发展趋势进行了展望。