
3D生物打印属于3D打印的一个分支,它的提出旨在解决器官移植的局限性问题。以往的器官移植存在供源有限,配型难,以及排斥反应等问题。3D生物打印技术的出现,为这一系列问题提供的解决的可能性,从而能够让更多的病人能够及时得到救治。
如何创建3D打印图案?
3D打印图案可以通过多种方式获得。使用磁共振成像(MRI)和电子计算机断层扫描(CT)能够精确的获得待打印器官或组织的结构。在科学研究中,打印图案也可以通过使用Solidworks等三维设计制图软件绘制。所有3D模型保存为通用的三角网格格式(.stl),该文件再被3D打印软件读取对打印机给出指令逐层构建。
3D生物打印
3D生物打印不同于普通的3D打印技术的一点在于打印“墨水”是由细胞、生长因子等活性成分与生物材料混合组成的。打印墨水的制备是3D生物打印技术关键的一步。常用的生物材料为水凝胶和去细胞的细胞外基质,因为水凝胶含有大量的水且多为生物相容性材料,与人体环境较为接近,而去细胞的细胞外基质则为细胞提供了更舒适的生长环境。打印墨水逐层组建活体组织,在研究设计中,打印出的组织需先进行体外培养和功能测试;是否能用于人体移植,还需要进一步的安全性与有效性验证。

图一:3D生物打印流程。
3D生物打印成功案例
2017年,美国西北大学的研究人员利用明胶打印出不同的不同角度的重叠的网格结构,再将老鼠卵泡植入其中,研究发现含有卵泡的支架中产生血管并具备了卵巢的功能,打印出的结构植入老鼠体内能够生出健康小鼠。
3D生物打印的领军企业为美国Organovo公司,该公司使用他们专有的NovoGen 3D生物打印技术打印出迷你肝脏结构,数据显示打印出的肝脏具有生成清蛋白、胆固醇和解毒酶的功能,并能够代谢肝脏内药物。他们的迷你肝脏已经投入市场使用,为人体肝脏组织研究提供了方便。
目前3D生物打印已经取得了突破性的科研成果,这些成果为3D打印组织及探索器官替代方案提供了研究基础;将其用于人体以解决器官移植短缺,仍需解决功能成熟、血管化、安全性等问题。同时,3D打印技术也将应用于其他生物科学领域,比如食物,服装,美容方面。
补充参考资料
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校订说明:2026-10-10 恢复校订:修正MRI与卵泡错字;小鼠卵巢结果按2017原论文核对,不把研究组织描写为已能常规人体移植,也不承诺数年内实现。


