2020年10大生物3D打印技术进展，为未来的器官移植铺路

由于COVID-19的大流行，2020年是非常动荡的一年，但即使是最极端的封锁措施也无法阻止科学研究向前发展。我们已经看到研究人员利用新的3D生物打印系统、工艺和生物墨水，创建器官模型，甚至生物打印组织，用于COVID-19研究。

白令三维注意到外媒概述了生物3D打印领域的十项最重要的成就，给2020年带来了一线生机。
卡内基梅隆大学（CMU）生物医学工程系Feinberg实验室的研究人员，生物打印了一种心脏模型，它能模仿心脏组织的真实手感、弹性和机械性能，而且还足够耐用，可以进行处理、缝合和灌注，是手术模拟和训练的理想工具。利用他们的自由形态可逆嵌入悬浮水凝胶（FRESH）生物打印技术，首席研究员Adam Feinberg和同事们，成功地证明了由软性水凝胶制成的大型生物打印心脏组织构造可以实现，并可以外科培训应用。

使用激光和糖的复杂血管网络

来自莱斯大学的研究人员利用糖粉和选择性激光烧结，从复杂、分支和错综复杂的糖网络中构建了大型结构，这些糖网络可以在实验室生长的组织中溶解，为血液创造通路。该团队的研究结果已经接近模拟生成血管所需的体内条件，克服了3D打印血管化的并发症，这是组织工程中最大的挑战之一。产生新的3D打印工艺和血管化的生物材料，是莱斯大学Jordan Miller生物工程实验室研究人员的首要任务之一，该实验室在使用糖来构建血管网络模板方面已经有了丰富的历史。这项工作使生物打印界离创造移植用的器官和组织又近了一步。

用于COVID-19研究的生物3D打印组织

来自北卡罗来纳州维克森林再生医学研究所（WFIRM）的安东尼-阿塔拉（Anthony Atala）开发了一种新的多器官，可在芯片上测试药物的毒性。阿塔拉与其他研究人员一起，在2020年2月发表了一篇论文，声称“活体生物组织打印在芯片上” 可以带来更快更经济的药物开发，以及降低药物上市后的风险。但这还不是全部，3D机体系统能够证明药物毒性，在7月份它还被用于COVID-19的研究。据《纽约时报》报道，阿塔拉的团队正在将活体组织生物打印在微芯片上，并将其送往弗吉尼亚州乔治梅森大学的生物安全实验室，在那里测试对抗新型COVID-19病毒的药物。

阿塔拉在接受美国外科医生学院的采访时表示，他正在利用芯片上的身体结构来研究COVID-19的感染性和抗病毒药物，以及药物的毒性水平。更重要的是，专家表示，细胞衍生的3D有机体技术比培养板中的细胞系或动物模型更有帮助。团队正在测试两种不同的抗病毒药物，一种是针对肺部的，另一种是针对肠道的，研究不同的药剂如何影响这些器官。

微型机器人在体内打印出健康的细胞

来自中国清华大学的研究人员开发了一种微型生物打印平台，通过内窥镜进入人体，在体内进行组织修复。为了测试这种新方法，研究人员在胃模型中通过生物打印双层组织支架成功修复了胃部伤口。他们用明胶-海藻酸盐水凝胶与人胃上皮细胞和人胃平滑肌细胞作为生物墨水，模拟胃的解剖结构，10天的细胞培养显示，打印的细胞仍然保持着较高的活力和稳定的增殖，这表明打印组织支架中的细胞具有良好的生物学功能。该工作是生物打印和临床科学领域的创新进展。由于胃壁损伤是消化道常见的问题，影响着世界上12%的人口，根据发表在《Biofabrication》上的研究作者，新型的原位体内生物打印平台是治疗这一问题的潜在有用方法。

用于体内3D打印的新型生物墨水

研究人员开发了一种特殊配方的生物墨水，以微创方式在活体患者体内生物制造3D组织工程支架。这项研究发表在2020年7月的《Biofabrication》杂志上，由寺崎研究所、俄亥俄州立大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员合作。它专注于一种全新的生物材料配方，可以在体内发现的那种温度下进行3D打印，并在体内使用可见光进行交联，利用机器人3D打印构建具有临床相关尺寸和一致结构的3D组织工程支架。这项工作可以实现在手术室（OR）中直接将合适的细胞和材料送到缺损处。

国际空间站上的生物打印，俄罗斯宇航员在太空中3D打印软骨

最具创新性和未来感的生物打印形式之一是在微重力下完成的。毕竟，如果地球外殖民在未来十年内随时会开始，生物打印是空间探索者生存的要素。使用由俄罗斯生物技术公司3D Bioprinting Solutions开发的定制设计的磁性3D生物打印机Organ.Aut，在2018年发射到轨道上，宇航员Oleg Kononenko在国际空间站（ISS）上对软骨进行了生物打印。利用磁场的拉力实现了细胞在微重力下的自组装，这种悬浮式生物打印的形式为太空再生医学提供了巨大的潜力。Kononenko在国际空间站俄罗斯段进行了实验，2020年7月15日，在地球上开发这一系统的研究人员公布了他们的工作成果。

mimiX Biotherapeutics公司推出首台声学3D生物打印机

瑞士生物技术初创公司mimiX Biotherapeutics宣布推出一种全新的生物制造技术，可以通过声波快速而经济地生产多细胞功能组织构建。实验室仪器依靠公司的专利技术 "声音诱导形态发生"（SIM）生物加工技术，这项技术已经有近十年的历史，并已被成功证明可以编排血管网络。在IOPscience杂志Biofabrication上发表的一篇论文中，研究人员开发了一个体外实验模型作为概念验证，以评估SIM创建血管结构的可行性。他们得出结论，即使初始密度较低，细胞也能够自组装成功能性多尺度血管网络，并可应用于多个生物医学领域，包括药物筛选的3D模型和生物打印自动化组织制造，以实现临床转化。

生物打印珊瑚可以帮助海洋生态系统发展

由于生物打印的应用超出了组织工程和再生医学的范畴，2020年4月，来自剑桥大学和加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的一组研究人员开发了仿生3D打印珊瑚，作为珊瑚启发生物材料的新工具，可以在藻类生物技术、珊瑚礁保护和珊瑚-藻类共生研究中找到用途。珊瑚启发的光合生物材料结构是利用快速的3D生物打印技术制造出来的，能够模仿珊瑚-藻类共生的功能和结构特征，为生物启发材料及其在珊瑚保护中的应用打开了一扇新的大门。当时，来自UCSD的跨学科海洋生物学家Daniel Wangpraseurt解释说，生物打印技术是他开发仿生3D打印珊瑚的一个关键点，是珊瑚启发生物材料的新工具，可用于藻类生物技术、珊瑚礁保护以及珊瑚-藻类共生研究，是该技术真正创新和迷人的应用。

在实验室中生物打印迷你人肾脏

澳大利亚默多克儿童研究所(MCRI)的研究人员和生物技术公司Organovo在实验室中生物打印出微型人类肾脏,为肾衰竭的新疗法和可能的实验室种植移植铺平了道路。研究显示了干细胞的3D生物打印如何能够产生移植所需的足够大的肾脏组织片，这也在一项研究中得到了验证，用于筛查一类已知会对人造成肾脏损害的药物的药物毒性。MCRI教授Melissa Little是世界上人类肾脏建模的领导者，他于2015年首次开始种植肾脏器官。但这种新的生物打印方法原来更快，更可靠，并允许整个过程扩大规模。2020年11月23日发表在《 Nature Materials》杂志上的一项研究中描述，利用生物打印技术，她现在可以在10分钟内创建大约200个迷你肾脏，而不影响质量。