上海2025年4月11日 /美通社/ -- 近日，大昌華嘉中國科技事業部半導體與電子及生命科學解決方案業務線總經理 (Damien Teo) 分享了行業觀點，探討了3D生物打印如何推動生物醫療行業發展。

三維（3D）生物打印是一種增材制造技術，通過逐堆疊活細胞、生物分子和生物材料來構建組織或器官等三維生物醫學結構。

這項先進的3D打印技術采用由活細胞和生物材料組成的"生物墨水"（原料），用于制造類似組織的三維結構，從而模擬出人體組織或器官的復雜性。3D生物打印廣泛應用于再生醫學、生物組織工程以假體定制等方向的研發。

工作原理

3D生物打印過程涉及多個關鍵步驟，主要可分為3步，每一步都對構建可存活且具備功能的生物結構至關重要。

1.研究人員或科學家首先從供體或干細胞中提取并培養細胞，然后將其與水凝膠或其他支持細胞生長與存活的生物材料結合，形成"生物墨水"。

2.然后在生物打印機的作用下，通常采用擠出或光固化等方法，按照數字模型逐層堆疊生物墨水。

3.結構打印完成后，需要進行培養，以促進細胞生長并形成功能性組織。

3D生物打印的發展歷程

從二維（2D）到三維（3D）生物打印的演變，標志著技術的飛躍式發展，徹底改變了我們對組織和器官制造的認知，并推動其在科研和醫學領域的應用。

在3D生物打印出現之前，組織工程主要依賴二維細胞培養，即在培養皿或培養板等平面表面上培養細胞。這一方法對于研究細胞行為、藥物測試和基礎生物學研究至關重要，但也存在顯著局限性。

二維細胞培養的局限性主要體現在：

1.預測能力有限：在二維培養環境中，許多細胞會隨著時間推移失去其天然特性，導致基因表達和功能發生變化，無法準確模擬體內環境。

2.單層生長模式：細胞以單層方式生長，無法再現真實組織的三維微環境，進而影響細胞行為、分化及相互作用。

3.細胞間及細胞-細胞外基質（ECM）相互作用不足：真實組織依賴于細胞與其周圍ECM的復雜相互作用，而二維培養無法有效模擬這一過程，限制了其在組織特異性研究中的應用價值。

4.對藥物作用的敏感性較高：二維細胞培養容易對藥物產生過度反應，可能導致藥效和毒性測試結果失真，從而影響新藥研發、藥物測試及臨床轉化。

3D細胞培養的早期發展階段主要通過球狀體（Spheroid）的培養實現。球狀體是一種三維細胞培養模型，可模擬體內組織和腫瘤的微環境。當細胞聚集并以三維結構生長時，即可形成球狀體，使研究更貼近生理環境，相比傳統二維培養提供生物學相關性更好的實驗條件。

與二維細胞培養相比，球狀體（Spheroid）具有以下優勢：

• 更符合生理環境的三維結構
• 更強的細胞間及細胞-細胞外基質（ECM）相互作用
• 更高的細胞存活率和壽命
• 更準確的藥物測試與疾病模型的構建

2010年代，生物打印技術取得了重大突破，使得三維組織和器官模型更加精細化和高分辨率。在這一時期，研究人員開發出能夠打印多細胞結構的技術，使其在組織組織性和功能特性上更接近真實生物組織。

3D生物打印的優勢

3D生物打印相比傳統組織工程和醫療制造方法具有獨特優勢，為醫學、藥物研究、組織再生和個性化醫療等領域帶來了革命性突破。以下是3D生物打印的關鍵優勢：

1.更高的預測準確性：

3D生物打印能夠重現真實的組織結構、自然的細胞相互作用及功能性血管網絡，從而提供更精準的藥物測試、更可靠的疾病模型，并推動個性化醫療的發展。

2.降低對動物模型的依賴：

通過構建類人體組織和器官模型，3D生物打印減少了對動物實驗的依賴，為藥物測試、疾病研究和再生醫學提供了更具倫理性和準確性的替代方案。

3.加速研究進程：

3D生物打印能夠提供高度可控、可重復且符合人體生理特征的實驗模型，加快藥物測試、疾病研究和組織工程進程。相比傳統方法，它減少了動物試驗和手動細胞培養等耗時步驟，使研究結論更快速、更可靠。

4.長期成本節約：

3D生物打印降低了對動物模型的依賴，加快了研發周期，并減少了材料浪費和人工成本，從而實現長期成本節約。這些優勢不僅加快了產品上市速度，還提高了藥物測試的準確性和效率，同時推動個性化治療的發展，為長期投資回報提供了保障。

3D生物打印是一項變革性的技術，在生物醫學研究、藥物開發和個性化醫療領域具有巨大潛力。憑借其精準、可重復且具備生理功能的組織模型構建能力，3D生物打印有望減少對動物實驗的依賴、加速科研進程，并在長期內降低成本，為醫療和生命科學領域帶來深遠影響。

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