生物打印

首届世界3D打印技术产业大会于5月29-31日在北京中国大饭店隆重举行。在会上，杭州电子科技大学生物制造研究所教授徐铭恩发表演讲称，生物3D打印是3D打印技术研究最前沿的领域。“说到生物3D打印还有一个概念叫生物制造，这也是我国生物3D打印的前驱颜永年教授提出的一个概念，就是以3D打印为基础的生物医学，为制造技术在生物医学方面的应用开辟了新的领域。” 　　做生物3D打印的原因有两点：一、生物医学领域的市场规模特别巨大 二、生物3D打印在医学领域应用前景特别巨大。 　　目前在生物3D打印领域的研究和应用：一、细胞3D打印 二、细胞3D打印技术在药物研发领域的应用也非常广泛 三、细胞芯片 四、手术器械的3D打印。 　　杭州电子科技大学生物制造研究所教授徐铭恩 　　以下为杭州电子科技大学生物制造研究所教授徐铭恩演讲实录： 　　徐铭恩：女士们、先生们，大家上午好!下面由我简要给大家介绍一下生物医学的3D打印，初步给我们介绍一下我们在这个领域做的一些工作。 　　所谓的生物3D打印，首先面向的问题是生物医学的问题，以三维设计模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，用3D打印的方法成型生物材料，特别是细胞等材料的方法，就叫生物3D打印。生物3D打印是3D打印技术研究最前沿的领域，说到生物3D打印还有一个概念叫生物制造，这也是我国生物3D打印的前驱颜永年教授提出的一个概念，就是以3D打印为基础的生物医学，为制造技术在生物医学方面的应用开辟了新的领域。 　　为什么做生物3D打印?我想在今天的《对话》节目中已经提到了一些，我这里总结了一下，有两点，第一个是生物医学领域的市场规模特别巨大，这是2009年美国卫生部做的一个调查，2009年美国在医疗卫生方面的开支达到2.5亿美元，约占美国GDP的17.6%，国民收入的40%。美国卫生部进一步预测，到2018年美国在医疗方面的支出将达到GDP的20.3%，所以这个领域非常巨大。我想任何一个技术出来，有两个最赚钱的领域，一个就是医学、一个就是军事。 　　第二点，生物3D打印在医学领域应用前景特别巨大。为什么呢?因为生物3D打印技术所具有的快速性、准确性，及擅长制作复杂形状实体的特性使它在生物医学领域有着非常广泛的应用前景。为什么?每个人的身体构造、病理状况都存在特殊性和差异化，当3D打印与医学影像建模、与仿真技术结合之后，就能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。 　　下面，我来讲一下我们实验室在过去几年在生物3D打印领域的研究和应用。第一个，我们来介绍细胞3D打印。这是我们实验室的一个年轻的研究生，他手里拿的是刚刚打印出来的肝单元的结构。在组织器官三维模型指导下，由3D打印机接受控制指令，定位装配或细胞材料单元，制造组织或器官前体的新技术。我们看到，图上这些细胞自发的迁移、扩散、自组织，重新形成了一个器官，也就是说如果我们能将细胞定位的放在我们所需要的位置上，那么我们就可以制造出我们所需要的器官。 　　细胞3D打印技术经历了这么一个发展的历程，有很多大学，包括清华大学、Slemson大学都是这方面的先驱者。这是第一种技术，叫Cell Printing技术，它的技术原理是将细胞打印在一层一层的特殊热敏材料上，打印完之后将材料叠加起来就得到我们需要的结构，第一台3D细胞打印机是由正常的打印机改的，这是它的喷头，这是打印出来的结构，由细胞组成。这是3D Bioplotter，是将细胞与琼斯基复合材料共混，挤出成型在具有交联剂的底板上，层层叠加。这个是孙伟教授做的平台，集成了基于气动使能连续挤出成型3个喷头，打印一层喷射一次交联剂，可以进行药物毒性试验的肝单元结构。这个是清华大学的细胞组装技术，它是将细胞与水凝较材料共混，挤出成型在低温成型腔内。 　　细胞3D打印的应用领域有这么几个，第一个是实验室的领域，它可以为再生医学、组织工程、干细胞、癌症等等领域提供非常好的一个研究工具。我们在跟一些学者聊的时候，甚至认为它可以做到像PCR技术和膜片钳技术的推动作用，由于它的这样一个推动作用，获得了诺贝尔奖。第二个可以为构建和修复组织器官提供新的临床医学技术，第三是开发全新的高成功率的技术，这个市场也是非常巨大的。这是我们前段时间做的人工肝单元的3D打印，因为我们打印好这个结构后，并不知道内部设计的通道是否通畅，我们建立了全新的一套3D成型系统。我们可以看到，我们所构建的这项通道有没有产生。这个是我们细胞培养两周之后所看到的细胞在这个结构内生长非常良好，而且我们要构建的通道也形成了。这个是我们开发的一台专门用来进行肝脏肝单元培养的设备，它可以控制温度、流量等等这些参数，这个也是组织工程中非常重要的一个东西，就是这个生物反应器。这个是我们对肝脏做的大概持续8周的肝功能检测，可以看到，在我们的这个结构里，肝脏功能维持得非常好。这是我们另外的一些尝试做的人工组织器官的工作，这是3D打印细胞的软骨组织，这是我们细胞3D打印的皮肤组织，都是用相应的皮肤或者软骨细胞来打印的。 　　第二个，除了做人工的组织器官以外，细胞3D打印技术在药物研发领域的应用也是非常广泛的。这是一个数据，这是2011年美国制药工业协会新药研发投入，大概是674亿美元，而其中光辉瑞一家就投资了94亿美元，一年这样投下去能产生几个药呢?大概0.5个药还不到，这几年真正原创型新药的产生速度很慢，大概只有2—3个，有3个已经很不错了。所以说，药物的开发产业是一个投入非常大，但是成功率很低的产业。原因是什么呢?这是一个典型的药物筛选图，我们可以看到，首先，进行的一个叫做高通量的筛选，高通量筛选是基于什么呢?基于蛋白质和单细胞水平的，然后，当高通量筛选完后，我们筛选出一些所谓的候选药物，然后进行动物试验。在动物试验中，我们有发现一万个化合物，筛选出一百个候选物，可能在动物试验中只有一个有效果，等的它到了人体以后，一个都没有了，原因是什么?是因为这里有一个缺口，什么缺口?在单细胞、蛋白质以及动物之间，缺乏一个中间过渡阶段的筛选。我们知道，人内部的调控网络是很复杂的，单个蛋白质的增加或降低，并不能说明这个化合对人体有什么效果，有的时候可能效果是完全截然相反的。所以说，我们认为如果用3D打印技术构建人工的组织器官，这个东西可以用来进行药物的筛选。 　　这是我们做的一部分工作，这是我们用细胞3D打印技术打印了一个代谢综合症的模型，包括糖尿病、肥胖、高血压、高血脂、心肌梗塞一系列的疾病。大概人口死亡的40%以上是死于代谢综合症，正因为这个病那么重要，所以我们在体外构建了一个代谢综合症的模型，这是一个体内调控系统的结构，我们在体外构建了一个这样的结构。这是我们构建的细胞打印获得的能量代谢的系统模型图，可以看到细胞在里面的生长非常良好，我们把人类的胰岛细胞也放在这个结构中，形成了一个我们所需要的有通讯的三维模型。这是我们模型做的一些结果，可以看到，在这个模型中，人类的胰岛素的分泌跟我们的基体的分泌是非常一致的，而且在长时间的葡萄牙的刺激之后，相当于是仿着我们人体糖尿病的病理，我们可以发现，分泌峰降低而且延迟。这是我们对相关的葡萄牙代谢、脂肪酸代谢，以及脂肪细胞分泌素的研究，相对于传统的模型，这个更接近体内的真情况。 　　除此以外，我们还做了细胞芯片的工作，这是我们设计的细胞芯片，现在的芯片加工工艺，可以在细胞上加工各种芯片传感器。虽然我们可以做出这样的复杂的结构来，但是目前来说，在往上面放细胞的过程中，有点像是一个撒种子的时候，就这样盲目地撒下去，哪里有、哪里没有，并不能控制，所以我们做的工作就是细胞三维打印技术，在芯片上打印细胞，这是我们做的一部分工作，在不同位置打印不同的细胞，图上这个我们打印的是心肌细胞，这两个刺激点产生刺激，心肌会产生一个动作电位的传递，其他我们测的是一种肾上腺素来源的细胞，这些细胞的工作，它们的增值都能够被芯片同步检测到。 　　这是我们后来跟一个杭州细胞芯片公司合作的一个芯片，到后来，我们做下去之后，放弃了其他的传感器，只用一种IDA的传感器。但是每个位置都能够打印上不同的细胞，这就允许我们同步检测，在同一种物理因子或者化学因子刺激下，不同细胞的不同生理反应。这是我们当时做的研究，我们用这种方式非常准确地进行了肿瘤药物的筛选，而且这个筛选过程中同时做到两件事情，第一个，我们把最有效的药物筛选出来，第二个，我们把毒副作用最小的药物也筛选出来。在这个系统中，我们可以同步做到这两点。 　　第二部分是组织工程支架和植入物的3D打印。在美国，骨植入修复材料市场每年超过200亿美元，这是一个个性化骨组织工程支架的工程，首先是3D数据的获取，在获取之后，是3D数据的处理，包括3D模型的建立，包括一个有限源的分析，根据有限源分析的结构和受力类型，我们可以对材料的不同部位进行一个复制，最后在打印过程中可以采取不同的编制方法，从而用最少的材料达到最大的机械强度。 　　这是一台打印的设备，是清华大学一套低温沉积系统，这是我们做的一些结构。这个是我们用骨支架材料做的生物学的检测，我们给它种上了一种干细胞，经过几周培养之后，我们发现骨胶原的分泌非常的旺盛，而且出现了钙结节。这是我们做的动物试验，可以看到，我们的支架是有孔的，每一个孔里面都长进去一到两根血管，这在骨组织工程上是非常重要的，所以说，在12周后，可以看到我们的材料全部降解了，而且形成了大量的软骨，而且骨细胞还在快速的增殖，这是我们对于植入的骨支架的研究。当然，这部分研究刚刚开始，我们还尝试在个性化的假体的3D打印。 　　这是参加残疾人运动会一个很有名的运动员，他的旁边有一假肢，在我国，肢体残疾人有800多万，至少有70万需要安装假肢，假肢结构和外形的设计制造都直接影响多患者使用假体的舒适度和功能。目前，美国一家公司提供的假肢大概是5000美元一个。 　　这是我们的工作，和一个研制机械手的教授合作的，我们做了一个机械手，这个机械手有很好的力量控制和空间多维度的力量控制，但是机械手还是需要跟人的真手有一个非常好的接受腔。 　　第四个工作是手术器械的3D打印，齿科手术模板，这是一个种牙的过程，在螺钉打进去的过程中需要避开旁边的血管和神经，以前得靠医生的经验来完成，我们可以用3D打印技术做一个模型，只要放到病人的嘴巴里面，根据那些孔你打下去，位置就对了。 　　最后，我们最近还做了一个下颚修复手术的模板。这是猴子的下颚修复手术，我们打印了模板之后，就可以做相应的加工。谢谢大家!

生物打印技术是利用三维打印技术解决医学问题，能在器官或组织发育过程中，在空间上精确地排列细胞、蛋白质、基因、药物和其他生物活性物质。这一技术是医学领域具有革命意义的重大突破，已经受到全世界科学家和普通大众的广泛关注。　　生物打印技术：应用潜力巨大的医学革命　　生物打印技术通过软件分层离散和数控成型的方法成型生物材料，其主要利用的技术包括三维生物喷墨、纤维挤压成型和激光辅助细胞打印。这一技术的出现预示着一场医学新革命或将来临，人类的医疗史将被改写。　　该技术在医学领域具有广泛的应用前景。目前，已被用于制造个性化生物医药材料、药物检测和筛选、癌症或其他多种疾病研究等。而利用生物打印技术制造器官或组织更是开创了器官移植的新纪元，为人类健康带来了福音。利用生物打印技术制造生物器官的研究目前方兴未艾，但随着这一技术的发展，移植器官资源紧缺的问题将得到有效缓解，器官移植的成本也将大幅降低。此外，利用生物打印制造的器官进行移植可以有效减少机体排异反应的产生，可有效提高移植成功率。　　目前，利用生物打印技术制造生物组织和器官的方法有两种，分别是制造具有血管的生物组织和器官的体外打印技术，以及用于直接在病变部位进行组织再生的体内打印技术。　　体外生物打印：能造有血管的组织和器官　　利用体外生物打印技术制造完整且具有生物活性的器官，虽然具有广泛的应用前景，但这一技术仍存在很多困难。很多生物学、生物打印技术、生物打印材料、生物打印后续成熟过程等多个方面均存在诸多技术限制。所以科学家首先把研究重点放到利用生物打印技术制造生物组织方面。　　体外打印生物组织是非常尖端而又精密复杂的过程，需要对多层细胞进行分级排列，并在组织内生成血管网络系统。科学家利用体外生物打印技术已制造出多种生物组织，其中人工打印的气管、下颌和软骨组织已成功用于临床治疗。但在制造心脏、胰腺或者肝脏等具较高氧气消耗速率的组织时遇到了困难。其最主要的问题是如何将上述器官血管脉络中的动脉、静脉与毛细血管整合起来。因为在亚微米程度上打印毛细血管非常困难。科学家通过首先打印大血管，再由大血管自然地产生毛细血管的方法实现了毛细血管的打印。另外，科学家也已成功打印出连接血管和相邻毛细血管的通道，完成了血管重塑。　　生物打印材料和其打印后的成长过程，对于体外打印生物组织也至关重要。生物打印的材料能够影响生物组织的生化(如生长因子、粘合因子和信号蛋白)和物理学特征(如细胞外基质的机械强度和结构稳定性等)，进而影响细胞生存、分裂和分化的环境。生物打印材料必须具有很高的机械强度和结构稳定性，并且不能在生物打印之后溶解 能使干细胞分化成组织特异的细胞系并避免器官移植后产生免疫反应。同时，生物墨水必须能快速固化成型，且价格低廉、材料丰富。目前，很多天然的或人工合成的生物墨水已经被用于打印制造生物组织。生物打印的后续过程中的机械和化学刺激对组织的生长和发育也有重要影响。　　体内生物打印：在病变部位直接再生组织　　体内生物打印主要利用生物喷墨打印技术，能在病变部位直接重新长出组织和器官，并能够整合到原有组织上。利用这一技术制作的皮肤细胞能够有效地治疗烧伤，并将在战场上和灾区救治伤员发挥巨大作用。　　体内打印技术对于在病变的部位直接进行组织再生非常有效。这项技术在临床应用中有许多优点。首先，在病变部位直接打印生物组织不需要根据病变部位的几何性状提前制作塑形模具，进而可以减少污染并提高细胞活性。第二，在制造某些具有特殊功能的生物组织时，体内打印可在体内直接打印干细胞，随后可分化出人类所需要的细胞类型。第三，体内打印能够在体内缺陷部位精确地排列细胞、基因和其他生物活性物质，而不会发生变形。同时体内打印技术可对组织进行进行精细控制，如在不同的细胞层打印不同的细胞因子。第四，体内打印技术能够在形状不规则的病变部位精确地制造组织和器官，直接进行组织再生。第五，体内打印技术利用自动打印机能够在体内不平整的的病变部位进行多角度的生物打印。　　因为具有诸多优点，体内生物打印技术将被广泛应用于医学领域，但这仍然需要大量的探索和实践。

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　　3D打印技术在推动精准手术和个性化医学方面扮演着很重要的角色，生物医学更被认为是3D打印行业应用最具发展前景的领域之一，受到骨科、口腔、康复等领域的医学专家、科研人员、企业关注。为加快推进3D打印技术在生物医疗领域的普及与应用，本次论坛邀请到了科研机构、高校、医疗机构与企业就医学3D打印技术和新材料的产业政策导向、最新技术发展与路径、行业发展与应用现状、商业模式创新等议题开展了深入探讨。 /p p 　　上海交通大学附属第九人民医院3D打印中心常务副主任姜闻博主持了本次会议。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 299" title=" 姜闻博.jpg" style=" width: 400px height: 299px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 姜闻博.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/c229c117-c4ca-465c-aac4-6451235a8df5.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p style=" text-align: center " 上海交通大学姜闻博 /p p 　　华南理工大学教授、广东省增材制造协会会长杨永强作“3D打印改变未来”报告。杨永强首先介绍了国家增材制造产业发展推进计划和广东省重点领域研发计划重大科技专项，说明了国家对增材制造产业的大力支持。接着，杨永强隆重介绍了华南理工大学自主研发的激光选区熔化快速成型机。杨永强阐述了3D打印技术在航空航天、模具、汽车、珠宝和首饰、消费和电子与医疗等多个领域的重要应用价值。最后，杨永强详细介绍了华南理工大学的精密金属3D打印医学应用研究，其中包含了口腔医学、个性化膝关节假体和骨科等多个项目。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 300" title=" 杨永强.jpg" style=" width: 400px height: 300px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 杨永强.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/68065724-365f-4ff3-9438-ef0e4f09f70a.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p style=" text-align: center " 华南理工大学杨永强 /p p 　　法国国家技术科学院院士、香港城市大学副校长吕坚作“2-3-4D打印及在医疗领域的应用展望”报告，报告展示了其课题组发表在世界顶级杂志Nature、Science、Nature Materials、Advanced Materials的重量级研究成果。吕坚的研究工作致力于追求三个基本目标：最好的、独一无二的、颠覆性的。由此出发，吕坚发表了有关超纳材料的大量有重要价值的研究成果。其在Science Adcances上发表的“弹性体衍生的折纸陶瓷和4D打印陶瓷”成果，以其新颖性和易懂性被多家媒体争相报道。吕坚还在现场以动画的形式生动地展现了陶瓷的4D打印过程。 通过3/4D打印可以制备复杂形状的陶瓷或陶瓷/金属结构，该技术可以制备复杂形状陶瓷材料及生物材料，在航空航天及轻型防弹等需要制备复杂形状高温材料领域有广泛的应用前景。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 299" title=" 吕坚.jpg" style=" width: 400px height: 299px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 吕坚.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/c422e939-1d70-4b10-b576-809b2ca7e471.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p style=" text-align: center " 法国国家技术科学院院士吕坚 /p p 　　南方医科大学教授黄文华作“医学3D打印研究平台的建设及应用”报告，介绍了四个国家重点学科研究方向的研究情况，包含了临床应用解剖学、医学生物力学、数字医学和生物材料与组织工程。会上黄文华展示了3D打印在断指手术、个体化矫形器和整形烧伤等领域的应用，通过大量的阶段性成果证实了医学3D打印研究平台的建设的必要性和应用的可行性。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 299" title=" 黄文华.jpg" style=" width: 400px height: 299px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 黄文华.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/8d43aa2b-dcf8-4186-8248-24d59dd5d91a.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p style=" text-align: center " 南方医科大学黄文华 /p p 　　上海黑焰医疗科技有限公司总经理陆益栋作“黑焰医疗推动医学3D打印技术临床应用实践”报告，主要介绍了黒焰医疗的数字化一站式个性化医疗解决方案，主要包含云服务平台、3D打印需求分析及打印实现和研究与临床应用。云服务平台包括打印数据收集、分析、再应用 数字化医疗三维建模软件 打印机、打印材料的支持。3D打印需求分析及打印实现包含临床应用需求沟通分析、基于云平台的三维建模和3D打印成品。研究与临床应用包含术前模拟、手术导板、定制假体、实验药筛、康复辅具和生物打印。陆益栋还介绍了个性化定制辅具、矫形器和个性化定制功能鞋垫的设计制造流程。陆益栋展示了延伸个性化定制的产品——可以由肌电信号控制的3D打印假肢。在应用方面，3D打印技术还可用于打印骨硬质材料支架、皮肤组织、水凝胶耳朵等。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 300" title=" 陆益栋.jpg" style=" width: 400px height: 300px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 陆益栋.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/92f00cd3-1e0b-415b-bd61-5d96d6deae6b.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p style=" text-align: center " 上海黑焰医疗科技有限公司陆益栋 /p p 　　GE增材制造华南区销售总监刘致平作“GE Additive助力增材制造在骨科的应用发展”报告，介绍了增材制造革新了骨科植入制造技术，推动批量化生产和个性化定制，以及GE Additive的产品和服务。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 300" title=" 刘致平.jpg" style=" width: 400px height: 300px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 刘致平.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/1708639e-c2b0-4cfb-94a2-426605b7d58f.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p style=" text-align: center " GE增材制造刘致平 /p p 　　南方医科大学康复学院院长黄国志作“云计算智能3D打印的理念在康复医学中的应用与实践”报告，从3D打印技术谈到3D打印技术在康复辅助器具(矫形器)中的应用，最后说明了云计算智能3D打印平台建设的意义。黄国志认为康复辅助器具市场需求巨大，但人才相对匮乏。3D打印云平台的建设，可以将3D打印矫形器可将从原来的装配/制作难度提前至网上设计阶段，真正解放假肢矫形治疗师 缓解目前国内康复假肢矫形专业人才匮乏问题 实现远程3D打印的可能 可以真正将假肢矫形技术沉入到基层 基层投入少、场地要求低：3D扫描仪即可开展假肢矫形业务。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 300" title=" 黄国志.jpg" style=" width: 400px height: 300px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 黄国志.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/7a76a75d-a1d4-4ce4-8b96-9f531cf14968.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p style=" text-align: center " 南方医科大学黄国志 /p p 　　中山大学第一附属医院关节外科邬培慧作“THA臼杯定位系统的研制与应用”报告，报告中通过大量病例，强调臼杯位置合理重建的重要意义，阐述了“术前规划+3D打印+术中定位”进行量化定位手术的思路：以数据展示术前规划的合理，术中准确对接定位，以此减少假体位置不良的并发症。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 299" title=" 邬培慧.jpg" style=" width: 400px height: 299px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 邬培慧.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/367fcb0d-3398-42de-94d1-916dec14f938.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　中山大学第一附属医院关节外科邬培慧 /p p 　　广州医科大学附属顺德医院手足整形外科副主任何藻鹏作“基于3D打印的四肢远端关节内骨折高成功率内固定手术”报告，通过大量模型介绍了医学3D打印应用。在辅助工具方面，涉及模型、支具、手术导板和义肢等。在植入物方面，涉及关节假体、人工椎体、颌面修补材料和可吸收材料等。生物打印可用于组织工程骨、人造皮肤和生物器官等。何藻鹏通过模型介绍了3D打印在骨折固定手术中的应用。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 299" title=" 何藻鹏.jpg" style=" width: 400px height: 299px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 何藻鹏.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/c7369cc6-9a73-4fb1-83fe-e6f1429a3ec6.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 广州医科大学附属顺德医院手足整形外科副主任何藻鹏 /p p 　　瓦克化学(中国)有限公司商务发展经理张崇峰作“瓦克化学ACEO有机硅3D打印创新性解决方案”报告。ACEO使用单液滴计量喷出的方法实现了有机硅的3D打印，具有非接触、设计自由、支撑材料可同时打印、可实现镂空和悬挂等架构、高准确度、无气泡等特点。张崇峰展示了瓦克化学在航空航天、汽车运输、医疗、设备器械、电子与光学和日用消费品等领域大量的产品。 /p p style=" text-align: center " img width=" 400" height=" 299" title=" 张崇峰.jpg" style=" width: 400px height: 299px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" 张崇峰.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/1e393dd4-874b-4bab-bf49-ed9e7e56048f.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 瓦克化学(中国)有限公司商务发展经理张崇峰 /p p 　　报告结束后，围绕“3D打印医学应用是推广不够还是已经过度炒作，如何健康发展”，进行了高端对话环节。中科院广州电子技术研究所所长、广东省3D打印产业创新联盟理事长李耀棠主持了该环节。上海黑焰医疗科技有限公司总经理陆益栋、美国3D Systems售前与产品管理经理邓瀚诚、香港三维打印协会副会长胡启明、深圳魔方科技有限公司事业部总经理周建林、亚马逊中国区招商和卖家业务拓展总监杨大志与瑞士欧瑞康增材制造事业部中国区业务发展总监马骏参与了此次高端对话。 /p p style=" text-align: center " img width=" 600" height=" 399" title=" IMG_2123_副本.jpg" style=" width: 600px height: 399px max-height: 100% max-width: 100% " alt=" IMG_2123_副本.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/8c9c4f83-6846-4020-8131-90cd357a340c.jpg" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 高端对话环节 /p p & nbsp /p

2014年4月，国家食品药品监督管理总局授予一种人工硬脑膜产品注册证，这标志着中国第一个生物3D打印产品正式开始应用，随着生物3D打印技术的发展，未来的医疗技术手段将充满想象空间。　　　　人的大脑头皮与头骨之间，有着一层薄薄的脑膜。如果要做脑部手术，就要先将这层薄膜切开一个口，手术后再用人体自身或其它动物的皮肤缝合。这样的程序扩大和延长了手术者的痛苦，而且有感染传染病的风险。而如今，用一种看上去像普通膏药一般的材料贴上去，就可简便快速地解决这一问题。　　　　获得产品注册证的人工硬脑膜产品名为“睿膜”，其研发单位首席技术官徐弢博士表示，该产品2011年已经在欧洲应用，迄今病例达一万多例。除此之外，一系列具有自主知识产权的核心平台技术和产品，包括个性化颅骨、无张力尿失禁悬吊带修复系统、骨盆底修复补片等新型人体组织再生修复产品，也相继在国内外完成或即将完成上市注册。　　　　业内专家介绍，3D打印技术最早是被用以制造工业零部件的3D模型。如果说3D打印技术已经是一门最新最热的高新技术，那么生物3D打印技术则像是皇冠上的明珠一样高新尖。生物3D打印技术是跨学科和领域的新型再生医学工程技术，其首先是通过计算机处理CAD数据模型，进行逐层累加材料的3D打印，加工细胞或者生物构造块等活性材料，以重建人体组织和器官等生物产品。　　　　目前，3Ｄ打印技术在医疗领域应用可分为三个层次，离人体越近的应用难度越大，离人体远一点的相对简单，比较容易实现。第一层是人体外应用。例如，利用３Ｄ打印机可将ＣＴ、ＭＲ的二维图像生成三维图像和模型，大夫分析病情时更直观，也能帮助他们术前分析和规划，降低手术风险。如果做Ｓ型的脊柱侧弯手术，可以利用３Ｄ打印机打印一个模型，分析问题能纠正到什么程度。３Ｄ打印技术应用于手术指导很早就有了，技术上比较成熟，产品审批也相对简单，因此靠市场自身推广作用就可以了。但软组织模型只能用于培训和手术预演，做手术要看具体情况。　　　　第二层离人体更近一步，是一些医疗辅助工具。例如，种植牙时为了种得比较准确，可以利用３Ｄ打印技术将患者的牙齿模型打印出来，先用计算机模拟种牙的位置、角度和深度，再打印出“导板”，有了“导板”牙齿就能非常准确地植进去。　　　　第三层，即植入人体内的组织、支架、骨骼和器官，这一层的应用就需要很高的技术含量，就目前来说距应用还有一定的距离。　　　　３Ｄ打印技术发展了几十年，３Ｄ打印的部分器官可能在已知科学范畴内没有问题，但生物技术领域有很多人类不掌握、没有探究到的信息。即使器官在体外功能正常，一旦植入体内，是否能运作、是否产生毒素以及有哪些副作用都不得而知。　　　　人体系统是不可想象的复杂，万不得已，不能用有限技术制成的器官去对接无限复杂的人体系统。生命是第一大事，也是３Ｄ生物打印发展的第一大困难。　　　　业内专家表示，如果３Ｄ打印技术是皇冠，那３Ｄ生物打印技术就是皇冠上的明珠，市场潜力巨大。二三十年后，３Ｄ打印器官技术真正成熟时，３Ｄ打印器官移植一定是高端消费，因为整个研发、细胞培养等一系列的成本非常高。等到实现规模化生产时，成本会有所降低。另外，要降低成本就一定要拿到原创性的核心技术，模仿没有出路。

发挥您的想象力！如果我可以让盲人恢复视力、重见光明。如果我可以提供癌症病患更好的治疗。如果我可以使脊柱再生、恢复行走能力。如果我可以拯救更多心脏病患者。如果可以。。。如果可以 我想。。。捕捉每一个心跳利用3D生物打印重建活体心脏组织 所面临的挑战 心脏病发作和心力衰竭等心血管疾病是全世界死亡的主要原因之一。心脏是血液在全身循环的重要器官。开发3D模型以了解这些疾病的原因和机制将有助于治疗方法的发展。从干细胞生成的生物打印心脏组织模型可以在体外成熟，以了解各种刺激下的心肌细胞功能，以模拟疾病条件。 解决方案 通过获取iPSC衍生的心肌细胞簇并在层粘连蛋白生物墨水中打印它们，CELLINK的研究人员创造了一种长期培养的有效载体，使心肌细胞能够发展并表现出体内行为，如一致收缩。心脏病是现代世界最普遍的疾病之一。通过开发此类成熟模型以及在BIONOVA X上开发的模型，研究人员在他们的武器库中拥有更多生理相关模型。可用于准确洞察细胞对药物的反应的模型，加速救生治疗的发展。培养三周后，生物打印心脏组织模型显示CELLINK的LAMININK 521 生物墨水中心脏聚集物的钙的细胞内动员。 医学影响 心脏病是现代世界最普遍的疾病之一。通过开发此类成熟模型以及在BIONOVA X上开发的模型，研究人员在他们的武器库中拥有更多生理相关模型。可用于准确洞察细胞对药物的反应的模型，加速救生治疗的发展。 那么我可以拯救更多心脏病患者。 个性化癌症治疗方法打印稳定球体以模拟癌症侵袭 所面临的挑战 为了成功地治疗世界上最致命的疾病之一，必须建立有效的模型。模型再现了体内条件，展示了癌症如何进展和在体内移动，同时也为个性化方法提供了选择。 解决方案 CELLINK的科学家验证了一项方案，该方案利用液滴中液滴的方法来研究不同水凝胶浓度的影响。该测定需要嵌入细胞的中心核心液滴，由无细胞外液滴覆盖。医学影响 通过以高通量方式开发此类模型，可以在癌症治疗中取得更快的进展。创建可复制的模型，可以轻松添加到药物筛选和图像分析的自动化工作流程中，从而在全球范围内实现更好的治疗，描绘健康的未来。 如果我可以提供癌症病患更好的治疗。 ———————————————— 出版物《聚光灯》感谢我们的客户德克萨斯大学埃尔帕索分校，他们使用BIO X 3D 生物打印机制造了更坚固的心脏组织支架。与对照组相比，他们所新制造的生物打印平台产生的心脏类器官在长期维持细胞活力和功能方面表现得更好。组织模型还促进了肌细胞和成纤维细胞之间的异细胞耦合，帮助研究人员分析疾病进展过程中的细胞行为、信号和功能。希望这些生物标志物能对导致心脏功能不全有更好的理解并起到能够的早期检测的作用。 长按以下二维码阅读完整的出版物 释放生物打印的力量———————————————— 未来的医学影响将有无限的可能 “如果可以 我想。。。” 已经有研究家把他们曾经的“如果” 转变成现实！他们都在用自己的努力迈向创造更佳的医疗方式的道路。希望通过他们的研究能确保患者安全，促进现代医疗个性化发展为医学未来创造更多奇迹！ 希望阅读到这里的你也有自己对医学未来的憧憬与目标！你也有想发展的 ”如果“ 吗？

据英国《自然通讯》杂志23日发表的一项概念验证研究，美国研究团队报告了一种用基因改造大肠杆菌制成的高级微生物墨水，可以用来打印具有功能性和可编程属性的3D材料。该研究同时演示了这项技术的潜在应用，比如隔离在环境中出现的有毒化学物质双酚A。　　直接利用微生物制备无须添加其他聚合物或添加剂的打印墨水，为传统物质不可用情况下的材料制造开辟出全新的可能性。与此同时，这种技术还能用于开发可感知周围环境并做出反应的材料。工程师们认为，只要拥有3D打印这种材料的能力，就有望实现材料的定制化并可针对特定用途进行改造。　　由活细胞构成的微生物墨水，其实一直是实现这一目标的候选介质，但它们需要将目标材料特性与细胞活性相结合，这是一个技术难点。　　此次，包括美国东北大学、弗吉尼亚理工学院暨州立大学、哈佛大学Wyss生物启发工程研究所在内的联合团队，报告了用大肠杆菌制成的一种高级微生物墨水，这种大肠杆菌经过基因工程改造，能产生纳米纤维。这些纳米纤维可以进行浓缩并打印出3D结构。　　研究人员随后将这种墨水与其他经过基因工程改造、用来执行特定任务的微生物相结合，发现这种水凝胶可以由此获得功能性。研究团队利用这种水凝胶制备了一种能在遇到化学刺激物时分泌抗癌药天青蛋白的材料，还设计出了一种能隔离在环境中出现的有毒化学物质双酚A的材料。双酚A一度在塑料瓶、塑料杯中广泛应用，但后期研究认为其能导致内分泌失调，威胁人体健康，从2011年3月2日起，欧盟已禁止生产含双酚A的婴儿奶瓶。因此，隔离环境中已存在的双酚A将是一项实用的安全性技术。　　研究人员认为，他们的新研究或对空间结构构建具有启示意义，但仍需开展进一步研究探索其未来的定制化用途。

▍导读将药物推向市场是一个竞争激烈，成本高昂且具有挑战性的过程，涉及临床前实验室和动物测试，然后才是耗时且昂贵的四个阶段的人体临床试验，这可能需要长达7年至15年的时间，价格高达55亿美元。即使10种可行的药物化合物被确定用于人体试验，9种中只有1种能够真正进入市场。鉴于如此高的损耗率，生物3D打印是否可以通过更好地识别可行的化合物来节省宝贵的时间和资源，并将最有希望的药物投入临床试验?✦动物实验的局限性✦在药物发现的最初阶段（通常被称为临床前试验），将监测新的化学实体（NCE），以确定化合物在目标系统内外的生命周期(药代动力学)和它们的化学反应（新陈代谢）。由于围绕人体试验的伦理问题及其高昂的成本，这些早期试验有相当一部分是在动物身上进行的。尽管由于采用了更好的研究工具，以及在目标识别中人工智能的兴起，从临床前动物测试向临床人体试验的过渡有所改善，但仍然存在真正需要改进临床前筛查的必要，因为动物测试通常无法表现人体新陈代谢的复杂性，会导致错误的阳性和阴性结果，从而不能准确反映药物对人体系统的毒性。✦3D细胞培养更有意义✦考虑到动物模型的局限性，科学家们转向人体器官模型也就不足为奇了。但是，尽管人类细胞已经在2D中进行了长期培养，近年来，范式的转变导致越来越多的科学家认识到在生物打印所支持的3D环境中使用人类细胞的重要性，以便产生更具生理相关性的模型。通过将生物3D打印中的细胞培养自动化与精心定制的生物材料（称为生物墨水）相结合，就可以在更短的时间内，以更大的数量培植、供给和维护人体器官模型，从而减少了在这些任务上花费的时间和精力。实验室机器人现在也可以选择和放置大量的细胞培养试剂或其他NCEs和液体样本，从而实现更高的通量筛选，并更有效地运行各种其他实验室任务。✦生物墨水更好地模仿ECM✦生物墨水是帮助研究人员推进药物发现研究的另一个强有力的工具。组织特异性生物墨水改善细胞粘附和分化，帮助形成人体类器官。还可以添加蛋白质和其他生物因子，以更准确地重建细胞外基质（ECM），再次更好地模拟体内微环境。此外，通过多种交联方法（化学，光，热），可以调节构建体的刚度以更好地服务于特定的细胞类型，例如软骨或骨组织。✦学习更多✦生物3D打印的人体器官模型可以在药物开发的初始阶段更有效地识别可行的化合物，节省制药行业的时间和金钱，将最有希望的化合物转移到昂贵的人体临床试验中， 该技术的影响力不断增长，意味着科学家们将继续验证越来越多的应用。

凭借其个性化定制的优势，3D生物打印受到了组织工程研究人员的广泛关注。生物墨水在打印过程中起着保护细胞，并在打印后提供促进细胞生长和组织再生的支架的作用。此外，不同的3D生物打印方法需要具有不同特性的生物墨水。然而目前用于3D生物打印的生物墨水是不足的，这限制了3D生物打印在组织工程中的应用。另一方面，细菌感染严重威胁着3D生物打印及后续组织工程技术的实现，并可能导致移植物植入失败和术后严重并发症。因此，引入一种具有固有抗菌特性的新型生物墨水用于组织工程，将促进3D生物打印在组织工程中的发展。近日，湖南大学刘海蓉教授课题组提出了一种新型可用于3D生物打印的抗菌ε-聚赖氨酸衍生生物墨水。体外抗菌实验表明，基于ε-聚赖氨酸的水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有较强抗菌性能。通过使用面投影微立体光刻技术（nanoArch S140, 摩方精密），该研究成功打印了不同形状的高保真载软骨细胞水凝胶。在体内异位成软骨实验中，载细胞水凝胶经过4周培养形成了软骨样组织。总的来说，此项研究提出了一种很有前景的3D生物打印抗菌生物墨水，为3D生物打印在组织工程中的应用提供了一个新的选择。相关论文在线发表在《Journal of Materials Chemistry B》，湖南大学何亚辉为本文第一作者，刘海蓉、周征为通讯作者，韩晓筱课题组为本文3D生物打印提供了支持。图1 (a)EPLGMA-H水凝胶制备工艺示意图。(b)EPLGMA-1、EPLGMA-2和EPLGMA-3在D2O中的1H NMR谱。(c)蓝光照射后的EPLGMAs凝胶化照片。(d)EPLGMA-H凝胶过程的动态实时流变学分析。图2 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别与PBS、EPLGMA-1H、EPLGMA-2H、EPLGMA-3H共混后的(a)生长情况，(b)细菌存活率，(c)活/死细菌染色照片。图3 (a-c)3D生物打印制备的细胞负载EPLGMA-3H的3种不同形状的俯视图。(d-i)3D生物打印载细胞EPLGMA-3H培养3天后的活细胞照片，(g-i)分别为(d-f)的放大照片。 原文链接：https://doi.org/10.1039/D1TB02800F

Quantum X bio - The power of bioconvergence Nanoscribe推出全新多功能生物打印系统Quantum X bio，该系统拥有的专有技术是以双光子聚合（2PP）为核心，以精细的工程设计为基础，通过生物学家的想法定制并且重新设计的。 作为2019年推出的第一台双光子灰度光刻 (2GL ® ) 系统Quantum X的同系列产品，该生物打印系统具有精确的温度控制、无菌的工作环境和功能化的生物材料等特点，可让生物打印达到一个新的高度，并有效加速组织工程、细胞生物学和生物医学应用等关键应用的创新。 先进的生物医学应用 以高的打印精度和打印速度实现几乎任意三维结构，以快速的设计迭代周期优化您的研究，以广泛的生物材料、生物墨水和生物相容性树脂拓宽您的打印材料选择。通过使用系统配备的触控屏实现丝状和复杂的三维结构的高精度打印，并直观地放置到微流控通道或孔中。 这些特点使得Quantum X bio成为创建先进微观环境的最佳工具，可用于组织工程、细胞研究的定制支架，以及其他许多对精度、速度、材料多样性和无菌性有着较高要求的创新的生物医学应用。 Quantum X bio让您站在探索生物和生物医学应用的前沿。系统配备无菌和可温控的基底支架，无菌配件，生物材料和生物墨水，并且兼容其他定制材料。有了Quantum X bio，您就可以探索活体细胞打印的世界。 探索生物医学应用细胞支架 皮肤/组织模型 智能/活体材料 微流控技术 微针阵列 药物输送载体纳米/柔性机器人 血管模型 生物传感器 亚微米级图案设计细胞力学和迁移的拓扑结构 为活体生物打印做好准备 Quantum X bio具备用生物树脂材料进行活体细胞打印的需要条件，并保持它们的活性。为您探索更多例如三维组织模型，智能材料或活体材料等激动人心的新应用保驾护航。无菌、可温控的环境使用基于水凝胶的定制生物树脂细胞兼容型波长（780纳米）打印后1小时细胞存活率90％（通过活死细胞染色试剂测得） Quantum X bio系统配备Nanoscribe UX优化软件，经验证的 STL模型生物打印库。结合在打印过程中对传感器和视频数据的实时监控，您能够轻松获得的打印结果，并且直接利用系统的触控制屏上传、启动和监控打印作业， 甚至进行远程操作。 上左图：Quantum X bio系统摄像图像：用于细胞培养的微孔阵列的3D打印上右图：荧光显微镜图像：带有荧光的NIH 3T3细胞附着在由IP-S制成的生物相容性支架上，从而进行增殖 系统属性打印技术基于双光子聚合（2PP）的逐层3D打印技术具有体素调整能力的双光子灰度光刻技术（2GL ® ）。基底显微镜载玻片(3 x 1" / 76 x 26 mm)MatTek细胞盘（35mm或50mm）最大6英寸（150mm）的晶片基底玻璃、硅以及其他透明和不透明的材料其他基材/尺寸光刻胶Advanced BioMatrix的水凝胶Xpect Inx的生物墨水Nanoscribe IP 光刻胶（聚合物）Nanoscribe GP-Silica (玻璃)第三方和定制材料最大打印面积50 x 50 mm² 更多有关3D双光子无掩模光刻技术和产品咨询欢迎联系Nanoscribe中国分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司 德国Nanoscribe 超高精度双光子微纳加工系统：

作为生物3D打印行业先行者，上海蔚品信息技术有限公司拥有领先的生物3D打印产品和完备的技术解决方案，并已成功落地于多个应用领域，与上海交通大学第九人民医院、国家纳米科学中心、华南理工大学等客户携手构建了生物3D打印合作生态。为更好助力生物3D打印的发展，蔚品已全面开启生物3D打印渠道商招募计划，共同布局生物3D打印生态市场，探索3D打印的经济蓝海。共成就、赢未来！生物3D打印广泛的运用于医疗器械制造与骨科、牙科和心脑血管临床治疗等多个领域，技术优势表现为精确度高、可定制化生产，应用优势表现为能够辅助术前规划，降低手术风险。合作共赢 共创领先优势 蔚品为渠道商提供产品、技术、人才培养、市场、平台以及专项渠道服务等多重扶持政策，与渠道合作伙伴共生共赢。产品赋能高品质生物3D打印产品（德国envisionTEC 3D Bioplotter生物打印机、韩国Invivo医疗级生物打印机）及解决方案，共同开拓占领行业市场。技术赋能生物3D打印专业技术团队，支撑渠道商构建解决方案，在行业内获得领先优势。培训赋能完备的产品及技术培训体系，快速提升渠道商的产品应用和技术服务能力。市场赋能联合开展市场营销活动、技术沙龙分享会、研讨会、行业展会等。政策赋能多项政策支持和商务支持，助力渠道商在业务领域取得成功。领先的生物3D打印产品德国envisionTEC是面向全球的专业级3D打印解决方案供应商，自2001年起已经积累了四代设备的设计生产经验，并继承了德国精密机械制造的传统，硬件选择和整体设计理念非常领先。envisionTEC 3D Bioplotter系列生物打印机现已成为生物打印行业的标杆，在全球范围内拥有大量的成交客户和科研成果，其中SCI论文数量多达两百多篇。 韩国Invivo是一款医疗级生物打印机，自带超洁净环境，操作简便，并可同时使用多种打印技术和生物材料进行医疗级打印。在国外已成功打印人工皮肤并进行了大量的临床应用，用于糖尿病皮肤溃烂修复等应用。在国内可协助进行一系列的临床前研究。▼扫描图中二维码 申请加入▼

近日，杭州电子科技大学生物工程专业的徐铭恩教授带领团队，研发出了国内首台生物3D打印机，能够直接打印出人体活细胞。利用这些细胞的基础，打印机还可以打印诸如骨骼修复器件、人工器官等生物材料。这些从打印机里诞生的材料，将来可以帮助人们进行组织修复，脏器移植，美容整形。 　　这台黑色调的生物3D打印机，样子低调，远看造型很像古董缝纫机。这台机器的长、宽、高分别是64厘米、50厘米、70厘米，50公斤。打印机接受了计算机的模型指令，正在打印一个缩小比例的肝单元(肝脏的一个部分)。 　　徐铭恩表示，3D打印的原理，类似搭建金字塔，一层一层往上搭，直到整个物件打印完毕。不管打印出来的是多么让人吃惊的东西，它首先是台打印机，所以基本的&ldquo 机能&rdquo ，跟普通打印机一样，它也需要打印的数据原件，以及打印材料。 　　这台生物3D打印机，除了可以打印多种生物材料，还能打印人体活细胞，从而直接打印出&ldquo 活&rdquo 的组织。打印出来的脏器，如骨骼、血管等，最珍贵的&ldquo 品质&rdquo 是要能和人类&ldquo 相生相依&rdquo 。首先要让人体接纳它们，然后实现相应的组织和器官功能。 　　徐铭恩表示，部分打印出来的组织融合试验，已经在老鼠身上获得成功。&ldquo 但是，目前，我们的打印机，打印出来的单元器官，&lsquo 块头&rsquo 要比人体真正的器官大5倍，并且能打印的活细胞种类还不多，包括后期要怎样使得各种活细胞自然组合、共同生成人工脏器，我们可能还需要至少10年的时间。&rdquo 　　实验室里的培养皿里，已经有一些打印好的缩小比例生物材料，比如一个比手掌心小点的人脸，一个小耳骨，一个小比例的肾脏&hellip &hellip 　　&ldquo 像这个面具，需要打印4个小时，花费大约50毫升左右的水凝胶材料。&rdquo 实验室的研究生赵占盈说。

背景介绍尽管在过去十年中，世界各地的癌症死亡率显著下降，但癌症仍然是全球第二大死亡原因，到2020年约有1000万人死于癌症。这一发人深思的统计数据使寻找更有效的癌症解决方案成为全世界研究人员的一个重要优先事项。虽然动物模型提高了我们对癌症及其进展相关分子机制的理解，但使用这些物种间模型开发的治疗方法经常在临床试验中失败，因为其疗效结果无法转化为人类使用。人体细胞治疗的体外测试（in vitro）为研究人员提供了一个新的方式，该方式可以加速发现问题，并避免晚期临床失败的高昂代价。但是，这种人类细胞的临床测试必须在3D而不是2D中进行，因为细胞在3D中会根据来自周围细胞和环境的外部信号进行自我组装。过去的研究表明，3D细胞培养支持更多相关的细胞间相互作用，并在细胞增殖、形态、氧化、药物和营养摄取、排泄和连接蛋白等方面表现出差异，为研究人员提供更多与生理学相关的模型，以研究疾病的进展或筛选药物化合物。 基于挤压的生物打印组织工程项目中的复合材料和多细胞的灵活性CELLINK屡获殊荣的基于挤压技术的生物打印机 BIO X™ 和 BIO X6™ 允许进行多达6个打印头的3D生物打印，在小型或大型组织工程项目中实现复合材料和多细胞的打印。 基于光的生物打印直接在组织模型内通过血管网络进行生物打印CELLINK还提供基于光的生物打印机，例如由Volumetric支持的LUMEN X™ ，它可以用作独立的组织制造系统，也可以与基于挤压的生物打印机结合使用。基于光的生物打印机的优势是高分辨率的图案以及直接在组织模型内通过血管网络进行生物打印的能力。 生物墨水优异的生物相容性，细胞活力和可打印性此外，CELLINK还提供最多种类的高质量生物墨水，以及针对特定细胞类型配制的组织特异性的预包装试剂盒。每个套件均包含组织特异性细胞，优质培养基和定制的油墨混合物，以实现低批次间差异性，出色的生物相容性，细胞活力和可印刷性。

据著名投资网站Seekingalpha刊登署名为克里斯弗兰戈尔德(Cris Frangold)的评论文章称，3D打印技术已经成为目前最热门的新技术之一，其中3D生物打印技术发展潜力非常巨大，预计未来几年将实现快速成长和创造大量收入。 　　面向医学研究和医疗设备的3D人体组织开发商和制造商Organovo Holdings正在同云设计和技术软件厂商Autodesk合作开发首款生物打印3D设计软件。 　　这款软件将与Organovo的NovoGen MMX生物打印机配套使用，这表明人类在提高3D人体组织设计的可用性和功能上向前迈出了重要一步，有可能拓展生物打印用户的数量。Organovo的3D生物打印技术可以创造3维人体组织，从结构上纠正和构成人体细胞。利用这种方式创造出来的组织可以想原生的人体组织一样发挥功能，这也为先进药物发现和开发提供了机会，未来还有可能应用于临床治疗和组织移植。 　　Autodesk致力于开发人机互动、计算机图形和数字设计等最先进的技术。它打算将其技术拓展应用到设计和模拟分子和人体系统的软件开发之中。 　　3D生物打印是什么? 　　Organovo正在探索利用可以生产机体组件的材料来打印人体组织以及利用计算机化可适应制造工艺进行人体组织移植的新途径。定制样品和成品是利用廉价3D计算机打印机生产出来的。这些医学打印机并不使用挤压成型的塑料、金属或陶瓷材料，而是使用活体细胞材料。这种工艺被称作快速生物打印。它是对我们所熟悉的传统喷墨式打印机采用的标准技术的创新应用。这些打印机可以创造出任何形状的组织结构，比如血管、小块皮肤和肌肉等等。 　　Organovo和Autodesk之间的协同作用 　　这两家公司有很大的合作潜力。Organovo的NovoGen MMX Bioprinter是一种全新的、全自动化(定制图形用户界面)、专为满足生物研究和生物打印的各种需求而开发的软硬件平台。从硬件的角度来说，它是一种强大的工具，使用了最新的技术，但是它运行在目前最新的软件平台之上。科学家们每次想要使用打印机时，都必须从头编写相关的软件，这意味着科学家们要花大量的时间去调试软件，而不是进行技术研究。 　　Autodesk已经成为很多专业化设计领域的领军厂商，可能在过去的20年里被开发出来的所有产品都是利用Autodesk的软件开发出来的，但是这将是它第一次去开发能够创造活体事物的软件。未来5年内实现的第一款应用很可能会是准备用于临床试验的简单组织。与此同时，Organovo希望通过生产能够被用于药品研究、发现和开发的活体组织获得一个稳定而且可持续的创收源泉。 　　了解3D生物打印技术的发展潜力的最好办法就是对比研究其他技术的演变历程，那些技术可能在20年前完全是不可想象的。虽然技术不同，但是还是能够说明问题的，比如最典型的例子就是平板电脑和智能手机的发展历程。推动平板电脑和智能手机技术发展的主要动力可能是消费者需要一种多功能的、价格低廉的、实用性强的便携式设备。微软在2002年率先推出商业化平板电脑Microsoft Tablet PC，但是并未获得微软所希望的成功。8年后，苹果在2010年推出iPad，这才打破了技术上的壁垒。如今，平板电脑已经在全球市场畅销，预计它的销量很快就会超过笔记本电脑。 　　3D打印技术的开发已经成为当今最热门的新技术之一。3D打印技术最早可追溯至1984年。这种技术按照摩尔定律不断向前发展，同时成本则在不断下降，逐步降低到主流公司能够使用3D打印机的程度。在过去的2年里，3D打印领域的市场领先者3D Systems和Stratasys一直是最热门的两家公司。3D打印公司近几年一直在迅猛发展。预计3D打印机是今年1月初召开的拉斯维加斯CES展会上风头最劲的话题。3D Systems的股票自今年年初以来已经上涨了15%。 　　预计3D打印行业将在近几年实现快速成长和创造大量收入，因为越来越多的公司开始采用这种技术。如今，象福特、波音和通用电气那样的产业巨头都已经开始在它们的制造工艺中采用3D打印技术。 　　据Autodesk副总裁布莱恩马修(Brian Mathews)称：“3D打印是重新设想制造工艺的一种方法。”福特公司利用3D打印技术提高了样品制造的速度和成本效率。同样，波音将3D打印技术应用到了军用飞机的组件制造之中。2012年11月，通用电气收购了曾对3D打印设备投入大量资金的工程技术公司Morris Technologies，它将专注于打印最新喷气式飞机引擎的各种组件。 　　不难想象，人体组织3D打印技术很可能也会以类似的成长趋势发展下去。 　　据致力于增加人体器官、眼睛和组织捐献工作的美国非营利性组织Donate Life America称：“虽然医学技术和捐献一直在发展，但是市场对人体器官、眼睛和组织的需求仍然远远大于捐献的数量。仅在美国，就有超过11.5万人正在等待器官移植。” 　　CompaniesandMarkets.com是一家全球性的商业信息整合商，该公司旗下有很多专家分析师，他们编著了数百份市场研究报告。 　　据一位名叫麦克金(Mike King)的专家称：“预计到2017年的时候，全球人造器官市场将达到200亿美元的规模，这主要是由于需要器官移植的病人的需求不断增长所推动的。另外，技术进步、成本下降、人口老龄化和捐献器官数量少也是造成未来几年内人造器官市场需求猛增的因素。” 　　报告还指出，由于全球糖尿病患者超过了1亿人，预计人造胰腺将有很好的发展前景。人造器官的全球需求是由人造肾脏引发的。 　　结论 　　其他一些公司也在积极研究和开发组织重生和治疗技术，比如Tengion等，但它们使用的是传统的技术，而非生物打印技术 那些公司专注的重点都跟Organovo不同。3D打印技术可能还要较长的一段时间才能获利，尽管这个技术领域的投资风险很高，但是潜在回报可能非常巨大。 　　但是，这个技术领域也有一些短期利好因素存在，比如从药品发现和开发中获得收入等。2010年，Organovo与Pfizer签订了一份合作协议，预计Organovo在2012年底之前可以从中获得45万美元的收入。后来它又在2011年10月与United Therapeutics达成了一项为期30个月的合作，Organovo将利用其生物打印技术进行与肺动脉高压治疗有关的研究。Organovo已经承认它从这项合作中获得了61.8万美元的收入。

生物3D打印是利用3D打印机，将含有细胞、生长因子和生物材料的生物墨水打印出仿生组织结构的新兴技术，但目前仍无法制备具有生理功能并且可以长期存活的复杂组织。中国科学院遗传与发育生物学研究所和清华大学的研究团队突破了相关技术瓶颈，研究成果在《Bioactive Materials》发表，题为：A multi-axis robot-based bioprinting system supporting natural cell function preservation and cardiac tissue fabrication。 研究团队将六轴机器人的设计原理融入到生物3D打印技术中，因为六轴机器人具有六个可以360°自由转动的关节，所以改进后的3D打印机可以在空间内以任意角度进行细胞打印，解决了传统技术逐层累加地打印细胞导致细胞和血管网络无法有机融合的问题。研究人员设计了循环式“打印-培养”的实验方案，在血管支架上打印出若干层细胞后，将其进行一段时间的共培养以诱导打印细胞之间形成具有生理功能的胞间连接和新生毛细血管网，然后再进行新一轮细胞打印，这种方法可以保证打印组织的长期存活。该项目最终研发出具有毛细血管网络、能够在体外存活并且起搏超过6个月的心肌组织。 该研究不仅突破了已有技术的发展瓶颈，也为生物3D打印技术相关研究提供了新启示。 注：此研究成果摘自《Bioactive Materials》，文章内容不代表本网站观点和立场。 论文链接，点击查看：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22000743 6月20日，我们也有幸邀请到此项目的主要负责人之一——中科院遗传发育所王秀杰研究员，为我们在线分享，现场答疑！快来报名吧！点击参会！

1997年，曹谊林作为第一作者在 Plastic and Reconstructive Surgery 期刊发表论文，在裸鼠背上成功再生了人耳廓形态软骨，首次展示了组织工程技术“再生”人体组织修复缺损的可能性，这只背上长着“人耳朵”的“人耳鼠”在世界范围内引起了广泛关注和轰动。2018年，曹谊林团队在 EBioMedicine 期刊发表论文，利用来自患者的软骨细胞和复合生物可降解支架，在体外设计了患者特异性耳形软骨，并首次用于小耳症患者的耳廓重建临床试验。在2.5年的随访中取得了令人满意的美学效果，且软骨形成成熟。2022年6月2日，3DBio 公司宣布，首次在人体试验中成功植入了来自患者自身细胞的 3D 打印耳朵。他们表示，目前使用的治疗小耳症的方法，依赖于肋软骨移植物或并不灵活的有机高分子聚合物移植物，而3DBio 公司的来自患者自身细胞的 3D 打印耳朵的植入过程侵入性更小，重建后更准确更灵活。3DBio 是目前唯一一家通过定制设计的 3D 生物打印活体植入物的临床阶段再生医学公司。该平台包括专有的 3D 生物打印机（GMPrint™ ）、生物墨水（ColVivo™ ）、细胞培养系统和可植入保护壳（Overshell Technology），通过 3D 打印活组织植入物，用于治疗各种疾病，从先天性损伤到外伤，以及退化和癌症手术后的损伤。现阶段的目标是软骨相关的重建，下一步将扩展到神经系统及器官移植。小耳症（microtia）是一种先天畸形，会导致外耳变小，形状不正确，甚至完全缺失，不仅会影响听力，还会对儿童的心理造成严重影响。据美国疾控中心（CDC）统计，小耳症的发病率在1/10000-1/2000之间。小耳症的分级研究团队首先对小耳症患者的耳朵进行活检，并从中分离出软骨细胞，进行体外细胞培养扩增，然后使用 3DBio 公司专有的创新 3D 打印技术，“打印”出正常形状的耳朵。实现这一目标需要 3DBio 公司专有的治疗级生物墨水（ColVivo™ ）和临床级 3D 生物打印机（GMPrint™ ）。然后将“打印”出来的耳朵送往医院，由医生移植给患者。3DBio公司打印的人耳真实照片据悉，3DBio 公司的这项临床试验的第一位患者是一位20岁的女性，她的右耳在出生时就很小且严重畸形。研究团队对她的左耳进行 CT 扫描、创建 3D 模型，并进行镜像对称，然后 3D 打印了一个跟她的左耳完美匹配的右耳，在今年3月份进行了手术移植，植入后软骨组织成功再生并自然愈合。负责手术的医生表示，这两只耳朵就像双胞胎一样。3DBio 公司的联创创始人兼 CEO Daniel Cohen 博士表示，这项下一代组织工程技术在真实世界的应用，对于小耳症患者以及更广泛的再生医学领域来说都是一个真正具有历史意义的时刻。这一案例的成功，为下一步目标，包括治疗鼻子和脊柱缺损，以及乳腺癌手术后的乳房重建，甚至是器官移植奠定了基础。去年以来，器官移植和再生医学领域取得了一些突破性进展，例如纽约大学朗格尼医学中心的外科医生首次将基因编辑后的猪肾脏移植给脑死亡的人体。马里兰大学的研究团队则首次将基因编辑的猪心脏移植给了一位严重心脏病的57岁男性，并让他延长了2个月寿命。3D 生物打印重建器官，或许是将来器官移植的一个有潜力的新方向。

背景介绍 药物性肝损伤（DILI）会影响肝脏代谢和解毒能力，但其根本机制仍有很多未知。为了准确和可再现地预测人的DILI，非常需要体外肝脏模型来替代昂贵和低通量的2D细胞培养系统、动物研究和芯片实验室模型。我们提出了一种新的“droplet in droplet”（DID）生物打印方法，该方法可以产生用于肝毒性研究的生理相关肝脏模型。这些模型，或称微型肝脏，是用BIO X微滴打印包裹在ⅰ型胶原中的肝(HepG2和LX2 肝星状细胞)和非肝(HUVEC 人脐静脉血管内皮细胞)细胞制成的。培养7天后，将微型肝脏暴露于急性和高剂量的对乙酰氨基酚或氟他胺，然后评估细胞活力、白蛋白分泌、丙氨酸氨基转移酶（ALT）活性和脂质积累的变化。微型肝脏ALT活性增加，白蛋白和脂质生成减少，表面这两种药物均有细胞毒性反应。这项研究的结果进一步验证了3D生物打印是一种可行的、可用于模拟肝组织和筛选特异性药物反应的中到高通量的解决方案。 材料和方法 细胞准备根据建议的方案培养两种肝细胞（HepG2和LX2）和一种非肝细胞（HUVEC）细胞系，并每3-4天传代一次。HepG2在含有谷氨酰胺的MEMα中生长，并补充1%丙酮酸钠(Gibco，Cat#11360070)和1%MEM非必需氨基酸溶液(Gibco，Cat-#11140050)。LX2细胞在IMDM(Gibco，Cat#12440053)中生长，HUVEC在EGM-2生长培养基(Lonza，Cat#CC-3156)中培养，并添加单体补充剂(Lonza，Cat#CC-4176)。所有培养基均添加10%的FBS(Gibco，16000044类)和1%的青霉素链霉素(Gibco，参考文献1509-70-063)。.生物墨水的制备和DID生物打印中和并制备3mg/mL浓度的Coll I bioink(CELLINK，SKU#IK4000002001)用于生物打印。以1:1:2（LX2:HUVEC:HepG2）的比例将5x106个细胞/毫升装入冷冻墨盒。在未经处理的96孔板(Thermo Fisher Scientific)中，使用BIO X(CELLINK，SKU#0000000 2222)上的液滴打印功能对微型肝脏进行生物打印。使用设置为8°C的温控打印头(TCPH，SKU#0000000 20346)将胶原液滴分配到设置为8°C–10°C的冷却打印床上。在第一轮液滴打印后，样品在37°C下培养3分钟，然后返回BIO X，使用相同参数进行第二轮液滴打印。在37°C条件下，将得到的封装液滴热交联20分钟，并为每个孔提供200微升混合培养基（25%IMDM+25%DMEM+50%MEM）。培养液每2-3天更新一次。药物处理和分析培养7天后，用不同浓度的APAP[0.1,0.5,1,5,10,25,50 mM]（Abcam）或FLU[10,25,50,75,100,150,200µM]（Selleckchem）处理微型肝脏72小时。采用比色溴甲酚绿（BCG）测定法（Sigma-Aldrich）、ALT活性测定法（BioVision）和活/死染色试剂盒（Invitrogen）分别检测白蛋白产生、肝损伤和细胞活力。所有分析均按照制造商的说明进行。 结论 胶原I中的细胞生长和球体形成胶原I中的细胞生长和球体形成在这项研究中，我们评估了Coll I bioink中的细胞生长、球体形成和迁移模式。到第2天，HepG2和LX2已紧密组装成小簇，HUVEC已拉长，形成同心网络（图1）。使用胶原蛋白作为支架可以在整个培养过程中进行细胞重组、球体极化和细胞增殖（数据未显示）。此外，根据图1，很明显，细胞在整个培养过程中渗透DILI模型，并可能在内部和外部液滴层之间迁移。生物打印微型肝脏的药物治疗和细胞毒性第10天的毒性评估结果表明，生物打印微型肝脏对APAP（图2A）和FLU（图2B）具有细胞毒性和剂量依赖性反应。这种肝功能下降表现为白蛋白分泌和脂质生成减少，ALT活性上调。同样明显的是，基于ALT活性的增加，两种药物的毒性剂量都会对细胞活力产生破坏性影响。后者在图3中尤为明显，其中活/死图像表明，在较高浓度的APAP或流感病毒下，细胞活力显著降低。药物治疗的动态细胞内反应研究了APAP和FLU如何调节细胞内脂肪含量。肝组织的ORO染色通常用于识别脂肪酸或药物引起的不同阶段纤维化或脂肪变性（Pingitore，2019）。在我们的研究中，经处理的微型肝脏的ORO染色显示，在高剂量药物处理的样本中，脂肪积累最小，而在未经处理或低剂量药物治疗的样本中，脂肪积累显著（图4A）。一种解释是APAP和FLU与脂质过氧化有关，其中毒性药物水平引起的氧化应激可能引发脂质降解和膜损伤（Behrends，2019）。图4B中未处理样品的详细观察提供了液滴模型中液滴的横截面图。这张图片显示了大量细胞向液滴外壳迁移并产生脂肪，可能表明存在营养和氧气梯度，并验证了细胞重组模式和胶原内的球体极化。▶ 作为2D细胞培养系统、动物研究和芯片实验室原型的可靠替代品，BIO X可作为中高通量工具，用于制作功能性3D生物打印肝脏模型，实现药物筛选和分析，并减轻药物消耗的成本。▶ CELLINK Coll I作为DID模型的支架，为模型提供了一个稳定、可调和高度相容的环境，且具有丰富的肝细胞重排和球体形成的结合位点。▶ 基于脂质过氧化、白蛋白分泌减少和ALT活性上调的证据，我们的研究结果表明，DID微型肝脏具有功能性，并且对APAP和FLU具有剂量依赖性和细胞毒性反应。▶ DID模型允许组织层之间的细胞间相互作用，并为研究不同硬度层之间的迁移模式提供了独特的机会。未来的毒性研究可以采用该模型复制纤维化的各个阶段，或研究药物治疗后肝脏组织的再生能力。参考文献：1.Behrends, V., Giskeødegård, G. F., Bravo-Santano, N., Letek, M., & Keun, H. C. Acetaminophen cytotoxicity in HepG2 cells isassociated with a decoupling of glycolysis from the TCA cycle, loss of NADPH production, and suppression of anabolism. Archivesof Toxicology. 2019 93(2): 341–353. DOI: 10.1007/s00204-018-2371-0.2.Chen, M., Suzuki, A., Borlak, J., Andrade, R. J., & Lucena, M. I. Drug-induced liver injury: Interactions between drug properties andhost factors. Journal of Hepatology. 2015 63: 503–514. DOI: 10.1016/j.jhep.2015.04.016.3.Pingitore, P., Sasidharan, K., Ekstrand, M., Prill, S., Lindén, D., & Romeo, S. Human multilineage 3D spheroids as a model of liversteatosis and fibrosis. International Journal of Molecular Sciences. 2019 20(7): 1629.

受伦理和费用影响，使用动物来进行毒理实验变得越来越困难。同时，动物所得到的结果很有可能与实际临床试验有差别，因而给临床试验带来了潜在的风险。于是，科研工作者开始尝试在体外构建三维细胞培养物——类器官。类器官通常具有相应器官的关键特征，以此科研工作者就可以使用它们来进行相应器官的药物毒理学试验，常见的如使用肝脏类器官检测药源性肝损伤（Drug Induced Liver Injury，DILI）。一些较为简单的模型构建事实上已经使用了较长时间，但这些模型缺乏长效性（Longevity）和组织复杂度（Tissue-level Complexity），得出的结论往往不具有充分的可靠性。 在此背景下，Deborah G. Nguyen等人使用病人来源的肝脏细胞和非薄壁细胞以3D打印的形式构建了无支架类器官。相较于传统的偏二维模型或简单三维模型，该类器官在4周后仍然能够维持一定程度的ATP、白蛋白甚至是药物介导的活性细胞色素P450s酶。为评估该类器官的功能性，作者选用曲伐沙星——一种因肝毒性较强而无法用标准临床前模型评估肝毒性的药物——与无明显肝毒性药物左氧氟沙星进行对比。发现曲伐沙星在临床浓度下（≤4 μM）的肝脏毒性与浓度呈显著性正比关系。图1 置于24孔板中的肝脏类器官此外，尽管有很多相关的文献，但对于准备进入这一领域的科学工作者而言，面对各种各样的细胞模型、种类繁多的模型构建方法，可能会耗费许多时间理清头绪。面对这种情况，Xihui等人在综述Three-dimensional liver models: state of the art and their application for hepatotoxicity evaluation一文中，详细阐述了构建体外三维肝脏模型的相关内容。分为模型建立方法、细胞种类、在药源性肝损伤（DILI）中的重要性及相关商业化情况，主要内容如下： l 模型构建：根据辅助材料的使用与否分为有支架（主要为水凝胶、琼脂糖等遇水形成一定支撑力的材料，其中便提到在regenHU技术和产品的推动下，利用细胞外基质（extracellular matrix，ECM）作为支架材料进行肝脏3D打印成为了非常重要的模型构建方法）和无支架模型两种，分别介绍了建立方法和优缺点。 l 细胞种类：原代人类肝脏细胞（Primary Human hepatocytes）、干细胞分化的类肝脏细胞（stem cell derived hepatocyte like cells）、永生化肝细胞系（immortalized hepatic cell lines）等三种不同类型的肝脏细胞。 l 肝毒性研究应用：肝毒性主要有两个来源——药物本身或经由药物代谢产生的产物。因而在本章节对直接毒性和慢性毒性均进行了介绍。同时，作者也总结了纳米药物的肝脏毒性。 l 商业化情况：因生物3D打印的速率尚不足以满足批量生产，因而作者认为该项应用仍以定制为主。通过使用病人来源的细胞，科研工作者可构建类器官进行个性化药物筛选和个体化药效评价，随着商业医疗的逐步完善，这一市场将极具发展前景。 该综述全面的内容为正要和即将进行类似实验的科研工作者提供了便利。但正如作者所言，类器官仍在多个国家遭受不同程度的文化、法规障碍，在努力争取科研许可的同时，也应牢记科学底线，为社会带来正能量。 参考文献：[1] Zhang X, Jiang T, Chen D, et al. Three-dimensional liver models: state of the art and their application for hepatotoxicity evaluation[J]. Critical Reviews in Toxicology, 2020(11):1-31.[2] Nguyen D G, Funk J, Robbins J B, et al. Bioprinted 3D Primary Liver Tissues Allow Assessment of Organ-Level Response to Clinical Drug Induced Toxicity In Vitro[J]. Plos One, 2016, 11(7):e0158674.目前，regenHU产品可经由我司购买。regenHU生物3D打印机具有高精度、高稳定性、打印方式广泛、应用面广等特点，欢迎大家咨询！联系电话021-37827858 或 13818273779（微信同号）。点击以下链接，查看往期回顾生物3D器官打印——人工角膜生物3D器官打印——肠道体外模型生物3D器官打印——喉部软骨

导读皮肤是我们与外部环境的第一个主要接口，是一个非常有吸引力的再生器官，在过去40年里，科学家们对它进行了大量的探索（Loai, 2019 Tarassoli, 2017）。皮肤组织模型的广泛应用领域，从药物筛选到化妆品测试和伤口愈合研究，部分原因是因为皮肤组织的组成相对简单，可以描述为两个主要层，每层都具有一种主要细胞类型。在过去已经建立了2D模型和培养系统。然而，这些模型并不能完全重述原生皮肤，也缺乏3D模型提供的空间组织(Loai,2019 Singh,2020 Vijayavenkataraman,2016)。为了增加物理相关性，提高体外结果与体内条件的可译性，迫切需要3D皮肤组织模型。仪器：CELLINK BIOX墨水：GelXA Skin生物墨水和Col MA生物墨水细胞：人真皮成纤维细胞、表皮角质形成细胞过程：❶设计皮肤模型❷打印真皮层和表皮层❸3D生物打印皮肤组织模型转移到transwell板中，皮肤组织模型从液体培养到气液界面培养。结果：该皮肤组织模型的构建方法创建了一个完整且坚固的结构，可保持它在整个实验过程中的形状。样品横切面的H&E染色初步表明，6天时真皮和表皮这两个隔室之间的连接很弱。但在第14天，两层已经合并(图4)。在第14天，可以看到表皮平滑地跟随真皮的轮廓，真皮和角质形成细胞开始重组。进一步观察表皮发育，免疫荧光图像显示角蛋白14的表达在整个培养过程中保持不变，而角蛋白10和聚丝蛋白的表达在第14天增加。角蛋白10作为分化角质细胞的标记物，位于表皮的中间部分，而角化层的标记物聚丝蛋白应位于表皮的最外层。角蛋白10和聚丝蛋白表达的明显增加表明角质细胞已经开始分化。在第14天，聚丝蛋白的表达向结构的顶部，朝向气-液界面，显示了细胞在生物打印模型内的重组能力。总结：这项研究举例说明了如何使用原代细胞培养系统和CELLINK的3D生物打印平台进行全厚度皮肤组织模型的3D生物打印。★ GelXA SKIN生物墨水为皮肤发育提供了良好的环境，ColMA表皮生物墨水支持皮肤组织模型内表皮的形成。★ 该皮肤模型设计为表皮和真皮的发育形成了一个稳定的平台，在14天的培养期间保持稳定，但它可以培养更长时间，以允许其他真皮和表皮标记物进一步成熟。

① 起源 ”我们已经迈入了后基因组时代，而在这个时代，数据和分子工程学领域的发展以及一些新框架为我们带来了无限可能。研究人员、工程师和生物技术公司正在超越“仿生”范式。生物学、工程学、纳米技术和 IT 之间的界线变得越来越模糊。我们在其中看到的不只是逐步迭代。纵观现代医学发展史，会发现在大部分阶段，技术与生物学之间都有着复杂的关系。笛卡尔主义的早期实践者强调人体与复杂机械系统之间的相似之处。其他思路则采用了更加全面的观点。无论如何，在过去的两个世纪，关键的医学创新都离不开技术与生物学的共同作用。青霉素其实仅仅就是窗台上的培养皿里出现的一种霉菌，仅仅是生物学领域的一个意外而已。但是由于 20 世纪的技术革新，才使得生产抗生素、对抗传染病成为可能。再到最近一二十年，IT 开始在医疗领域发挥更大的作用。2004 年首次完成人类基因图谱，而且研究人员得出一个意义深远的结论：人体并非一台机器那么简单。人类及构成人体的复杂生物系统是超过 40 亿年演变的产物，而这种演化过程中不断迭代、改进和完善的规模是我们难以想象的。当然也不仅仅是人类。整个世界都是由生物系统构成的，而这些生物系统远远超出了人类在工程学方面的最新研究深度，比如蜘蛛丝的抗张强度是钢的数倍、可以从抗辐射植物中提取纳米级细丝、眼睛的分辨率高于大多数相机等等。这对医疗卫生行业意味着什么？研究人员已经认识到人类所面临的挑战不仅仅是由于生物学造成的。② 什么是生物融合？”生物融合是介于医疗卫生和生命科学研究中的一个产业领域，强调工程/技术和计算机化系统之间的协同作用。生物融合基于这么一种理解，即生物技术的两个支柱-生物学和技术，并不像表面看来那样难以调和。生物融合并不仅限于生物技术链中的特定阶段。这是一种可以端到端应用的方法。从组学和生物打印到仿生学，再到诊断学，许多新兴的生物技术领域都是以生物融合范例为基础的。毕竟，生物学本质上也只是经过数十亿年改进和完善的工程学而已。③ 医疗卫生领域新前沿”在过去的一个世纪里，我们在应对传染病方面取得了长足的进步，例如天花、流感、小儿麻痹症等，还包括现在的 Covid19。在过去的三十年里，我们在艾滋病毒/艾滋病疗法方面的进步挽救了数百万人的生命，抗逆转录病毒疗法能够让艾滋患者生存得更长久。尽管已经进行了大量投资和研究投入，但我们在应对癌症、心脏病和慢性器官衰竭等慢性疾病方面的进展甚微。造成这种差异背后的原因是什么？答案就是个人因素。就慢性病而言，任何两名患者的经历都是不同的。患者的疾病原因不同，合并症也可能不同，而且由于常规治疗方案成本和需求方面的原因，患者获得护理的机会也会有所不同。在过去的几十年里，化学疗法等常规治疗方法挽救了无数生命，而且还在不断的改进和完善，治疗效果也正在逐步改善。不过，我们还有很多事情可以做。举例来说，生物融合在对抗癌症方面有着具有巨大的潜力，可以帮助医生通过基于组学的肿瘤特征分析、微型化给药和组织置换来定制治疗方案。基于组学的分析可以帮助医生识别肿瘤中的特定突变和生物标志物，进而缩小有效治疗方案的范围。微型化给药可将药物输送到特定的癌症影响区域，而不会损坏周围的组织。生物融合也将会让肿瘤成功切除后进行完整的组织置换成为可能。尽管生物融合这种概念早已出现，但是由于其成本高昂、周转周期较长，导致基于生物融合的治疗方法并未受到市场的青睐，直到最近这一状况才有所改变。现在，下一代 DNA 测序等相关技术的发展有助于降低基于生物融合的治疗方法的成本，并缩短其周转周期。测序可以帮助医生确定潜在的遗传风险因素。还有助于研究人员快速识别不同类型的癌症和病原体。④ 生物融合产业”对于生物技术、生命科学乃至机器人技术等相关行业而言，生物融合意味着迈出了重要一步。生物融合正在推动着研发基础设施的转型，而正是这些基础设施推动了医疗卫生领域在近十年的创新。在行业层面上，生物融合解决了每个生物技术公司都面临的一个基本问题：弥合分子工程专业知识与生物学之间的鸿沟。这对采购和预算分配产生了实际影响。负责实际操作实验室技术（及故障排除）的工程师的期望和需求与研究团队完全不同。CELLINK将生物融合视为当前的第一要务，旨在弥合这一差距，实现灵活性并提升效率。通过听取工程师和研究人员的意见，我们已经能够在 BIO X 3D打印机等产品中实现一流的功能。从多打印头配备到十倍分辨率提升，再到细粒度温度控制，BIO X 的设计目标是解决限制上一代生物打印机性能的诸多问题。实现灵活性、快速迭代并节省成本。

主题：骨组织细胞的3D生物打印 时间： 2020年4月11日 下午13:00-14:00 直播教授： 汤亭亭教授教授简介：上海交大医学院附属九院教授、博士生导师百千万人才工程国家级人选上海市骨科内植物重点实验室主任国际华人骨研学会前任主席中国生物材料学会理事 直播看点：生物3D打印、骨组织细胞打印直播简介：生物打印，是3D打印行业上的明珠，它可以使用增材制造的技术，将生物材料、生物细胞、因子等生物要素有序装配，构建组织或类器官。特别是细胞打印，是生物打印领域最为困难的技术细节之一。汤主任结合自身的最新科研进展，分享骨组织细胞的打印应用。3D打印，可实现个性化医疗应用，将是未来医疗的发展方向。未来，可通过生物打印，使用患者自体细胞，打印骨、软骨、皮肤、器官等需要修复或移植的患处，在骨科、口腔、整形、器官等领域均有临床价值，从而解决伦理、周期、排异等多种问题。产品特点：德国envisionTEC是全球首家生物打印机商业化的企业，自2001年起已经积累了四代设备的设计生产经验，并继承了德国精密机械制造的传统，硬件选择和整体设计理念非常领先。韩国Invivo是全球首款医疗级生物打印机，在相关法律法规允许的国家内进行了大量的临床应用，用于糖尿病皮肤溃烂修复等应用。在国内可协助进行一系列的临床前研究。公司简介：蔚来已来，创新由品，一切为你改变！ 蔚品于2015年成立，是一家聚焦于3D打印技术的企业，它依托母公司上海曼恒数字技术股份有限公司在VR领域的三维数字内容研发实力等优势，借由3D打印技术特点为客户提供全方位的技术创新服务。 蔚品涵盖具有自主知识产权的“锐打”系列面阵曝光技术3D打印机，是目前速度最快的一种技术 。涵盖了全球最好的相关技术品牌合作涉及有SLS、MJF、BMD 、挤出式生物3D打印成型技术等。为用户提供全方位的3d打印技术解决方案，把全球最前沿的技术应用落地于中国。 报名链接：

四川3D生物打印血管在猴体实验成功 获全球性突破投资者总是先知先觉，12月9日午后，3D打印板块崛起，蓝光发展（600466）涨停。12月11日上午，涨停原因揭晓，蓝光发展控股子公司四川蓝光英诺生物科技股份有限公司（以下简称“蓝光英诺”）召开成果发布会，宣告蓝光英诺3D生物打印血管植入恒河猴体内实验取得成功，这标志着困扰临床半个世纪的人工血管内皮化问题成功找到解决办法，为全球近十八亿心血管疾病患者带来福音。去年10月，蓝光英诺发布全球领先3D生物血管打印机，如今打印血管成为现实，并取得动物体实验成功，这意味着成都3D生物打印取得全球阶段性重大技术突破。中组部首批“千人计划”国家特聘专家、美国毒理科学院院士、蓝光英诺首席执行官兼首席科学家康裕建教授介绍，今后不仅是血管，人体其他器官皆可3D生物打印，“以病为本的医药产业，将转向以人为本的健康产业”。30只恒河猴植入3D打印血管100多天后还是活蹦乱跳“截至2016年12月1日，蓝光英诺已在30只恒河猴进行3D生物打印血管体内植入实验，实验动物术后存活率为100%”。康裕建告诉记者，术后对植入血管取出进行功能观察，截至2016年12月1日，对实验动物植入血管的结构和功能一致性观察分别从最短1天内即时观察到最长104天持续观察不等，在实验期内，所有实验动物在3D生物打印血管植入后，其脂肪间充质干细胞均有序分化为内皮细胞、平滑肌细胞等血管组织，在3D生物打印血管再生完成后，其结构和功能均与实验动物自身血管的结构和功能一致，实验动物各项生理指标均未发现异常。据他介绍，团队科研人员利用取自恒河猴自体的脂肪间充质干细胞制备成3D生物打印墨汁，应用自主研发的3D生物血管打印设备构建出具有生物活性的人工血管，并将其置换恒河猴体内一段腹主动脉。“上述实验结果与原定实验预期一致有效，且打印材料取自实验动物自体的脂肪间充质干细胞，保证了该血管移植在体内的安全性。”康裕建说。动物实验持续到明年5月华西医院出具总结报告据悉，蓝光英诺于2016年5月与四川大学华西医院签订《3D生物打印血管体内移植动物实验研究》技术开发委托合同，正式开始进行3D生物打印血管动物实验。实验目的为进行3D生物打印血管与实验动物自身血管的结构和功能一致性的验证。本次动物实验设定的预期成功指标包括3D生物打印血管与实验动物自体血管可替换；3D生物打印血管与实验动物自体血管可融合；3D生物打印血管与实验动物自体血管结构和功能一致。该动物实验是在具有GLP资质的四川大学华西医院动物实验中心进行，实验数据充分，并具有阶段性总结报告。据悉，该动物实验将持续到2017年5月，后续阶段将完成3D生物打印血管移植手术程序的标准化。实验结束后，四川大学华西医院按照《3D生物打印血管体内移植动物实验研究》技术开发委托合同的要求出具动物实验总结报告。康裕建教授表示：“3D生物打印血管在体实验的成功解决了困扰临床半个世纪的人工血管内皮化的问题。同时，在体实验打破了脂肪间充质干细胞不能分化成血管组织所需的多种细胞的认识。”康裕建强调，该技术的核心理念是在不对干细胞加以修饰的前提下保持干细胞的干性，通过调动体内自主再生能力，实现机体自主调节的组织再生和功能恢复。这是对目前在干细胞研究与应用过程中对干细胞进行人为诱导、分化等方向的认知的根本性重大挑战。将申请人体临床试验进军158亿美元心血管疾病市场蓝光英诺3D生物血管打印未来主要应用于心血管疾病领域。心血管疾病发病率为全球第一，其中需要血管支架和人工血管置换的市场需求规模巨大。目前在心血管领域治疗主要应用的是非生物活性的人工血管或人工支架。根据世界卫生组织统计，2012年全球心脑血管疾病患病人数超过17亿人，约占全球人口的25%。北京大学研究（《介入器械分类及其发展趋势》，2014年）表明，2010年，全球冠状动脉手术为333万例，全球介入性心血管疾病治疗市场规模超过158亿美元，并将于2018年超过251亿美元，市场前景广阔。蓝光发展公告称，下一步，公司3D生物打印血管将向有关监管机构申请临床试验，并进一步补充表示，根据动物实验的结果和相关法规要求，公司正在撰写、补充和完善临床试验申报资料。康裕建表示，此举将对传统医疗市场产生革命性影响，传统医疗是针对疾病分类的标准化制药，比如血管疾病治疗，需要为病人在有限的人工血管选择合适的型号，而随着上述技术的突破，通过病人身体三维影像数据，提取病人自身脂肪作为3D生物打印“墨汁”，打印出为病人量身订造的个性化血管。“干细胞应用技术的突破将引领人类迈入组织制造、器官修复的再生医学和精准医疗新时代。

瑞士regenhu是全球领先的生物3d打印技术公司。regenhu生物3d打印为打印活细胞、组织、器官提供整体解决方案，可升级到9个打印头，已成为临床诊断、药物发现、药物毒性和组织修复以及复杂组织器官模型创建等试验的得力设备。 锘海生物（nuohai life science）致力于为生命科学领域的科学家提供先进的实验/研究仪器、临床前成像设备和相关试剂耗材,并提供专业的应用和技术服务支持，不断促进生命科学领域新技术发展。为促进regenhu生物打印技术的交流，2018年将在全国举办regenhu生物3d打印技术研讨会。会议时间2018年3月16日(9:00-15:00)会议地点上海交通大学闵行校区北三门（剑川路601号）文选医学楼报告厅上海交通大学 北三门直行150米 右转可见文选医院楼参会对象 — regenhu应用专家报告 — 在这里你能遇到众多生物材料，生物打印，生物医药行业专家，彼此分享经验、相互学习我们期待您的到来！微信扫码填预约表（扫码有礼） 联系人：陈红 电话：13681975115邮箱：sandy.chen@nuohailifescience.com 时间 会议议题 9:00-9:10 报到注册 锘海生物 9:00-9:10 致欢迎词，会议介绍，嘉宾介绍 锘海生物 市场部经理 陈红 9:10-9:30 regenhu ltd.公司介绍 ---定义未来大健康 marc thurner regenhu ceo marc thurner 9:30-9:50 锘海生物公司历程发展介绍 锘海生物 销售经理 于静 9:50-10:50 生物3d打印系统3ddiscovery 技术分享 --构造复合生物架构，推动生物仿生实现人造器官更进一步 marc thurner regenhu ceo marc thurner 10:50-11:00 茶歇 11:00-12:00 生物3d打印系统3ddiscovery 硬件介绍及软件演示 regenhu 应用专家 silvain müller 12:00-13:00 午餐 13:00-15:00 应用演示，问答 regenhu 应用专家 silvain müller

导读在癌症生物学中，肿瘤微环境(TME)是肿瘤细胞和免疫系统之间的一个关键。TME是细胞外基质(ECM)、免疫细胞、信号分子、血管和成纤维细胞，它们包裹肿瘤并影响癌症进展。TME的成分通过分泌小信号分子相互作用，影响肿瘤行为的各个方面，包括细胞增殖、侵袭、转移和抗肿瘤治疗的耐药性(Bremnes,2011)。因此，重建TME对抗癌研究至关重要，但一个主要的痛点是无法开发出可预测的3D肿瘤模型用于高通量药物评估。3D肿瘤模型应再现肿瘤间质内细胞间的相互作用，并克服2D细胞培养系统的局限性。在这里，3D生物打印为预测体内结果、建模TME和评估药物反应提供了一个有前景的解决方案。肿瘤转移和化疗耐药性威胁着肿瘤患者的生存。在癌症治疗领域，化疗是一种很有效的治疗方式，它利用小的抗癌分子攻击特定的生长途径并杀死癌细胞。在这些分子中，顺铂(CIS）和吉非替尼(GEF)是FDA批准的靶向DNA和EGFR通路的抗癌药物。简而言之，CIS通过抑制细胞分裂和 mRNA的产生导致细胞凋亡，而GEF干扰癌细胞中EGFR信号的上调。有趣的是，虽然CIS和GEF都被用于治疗致命的胰腺癌和乳腺癌，但它们也与体外假阴性或假阳性预测有关，这表明它们在2D和3D中对细胞的影响不同(Reynolds, 2017)。为了进一步解决这一差异，我们使用两种乳腺癌(MCF7, MDA MB 231)和两种胰腺癌(BxPC3, Panc-1)细胞系，比较了CIS和GEF对2D单层细胞和3D生物打印类肿瘤模型的作用。材料和方法生物墨水制备和生物打印根据CELLINK方案制备3 mg/mL Coll 1 (CELLINK, Ref #IK4000002001)和5% GelMA (CELLINK, Ref #IK3051020303)用于生物打印。共3ml Coll 1或GelMA与5 x 106 cells/100µL培养基(10:1)混合，分别装入透明和琥珀色墨盒(CELLINK, Ref #CSO010311502)，以~ 3kpa进行液滴打印。使用温度控制的打印头(TCPH, SKU #000000020346)设置为8℃，气动打印头分别在8℃的打印床上对Coll 1和GelMA液滴进行生物打印。使用BIO X (CELLINK, SKU #000000022222)上的液滴打印功能，将每种生物墨水打印在未经处理的96孔板(Thermo Fisher Scientific, Cat #267427)上。打印完成后，Coll 1液滴在37℃下热交联20分钟，GelMA液滴在365 nm下紫外交联6秒。每孔加100µL培养基，每2 ~ 3天更换一次。2D单层培养为了进行2D比较，将每个细胞株接种在处理过的96孔板上(Thermo Fisher Scientific, Cat #167425)。优化各细胞培养48小时后的细胞密度，达到90%的一致性。Panc-1细胞接种1.2 × 104个细胞/孔，BxPC3细胞接种1.7 × 104个细胞/孔，MCF7细胞接种2.0 × 104个细胞/孔，MDA MB 231细胞接种2.0 × 104个细胞/孔。药物治疗与分析生物打印类肿瘤细胞和2D细胞分别用不同浓度的吉非替尼(LC Laboratories，#G-4408)或顺铂(Cayman Chemical Company)处理96小时和48小时。MTS Assay(Sigma-Aldrich)和LIVE/DEAD染色试剂盒(Invitrogen)用于评估2D和3D条件下的细胞活力。所有的检测都是按照制造商的说明进行的。图1：该测定的优点显示了抗肿瘤药物对所有4种细胞系的强大作用，并描述了每种细胞类型和ECM的细胞形态变化。比例尺：1000m或650m。绿色：LIVE，红色:DEAD肿瘤根据细胞类型和培养条件适应不同的形态(Nath, 2016)。在GelMA和Coll 1中培养7天后，癌细胞聚集形成各种形态的球体。如图1所示，MDA MB 231细胞形成同心星形网络，MCF7细胞形成圆形椭球，BxPC3细胞形成葡萄状椭球，Panc-1细胞形成团块状椭球。使用GelMA和Coll 1作为肿瘤支架，由于孔隙度、刚度和成分的不同，也影响了球状体的形成。有趣的是，2D培养的癌细胞缺乏所描述的形态，可能是因为它们缺乏支持细胞间相互作用、紧密连接、营养和氧梯度的ECM(数据未显示)。3D模型的缺氧效应缺氧是药物反应的另一个变量，这是3D模型和体内组织所特有的。Warburg效应将缺氧描述为癌细胞的一种生存模式，它们从生产氧气和ATP转换为上调EGFR和AKT信号以促进增殖。这种转换增加了毒性、酸度和3D模型中的废物堆积，从而产生了一个三环低氧梯度。图1显示了低氧梯度，其中靠近球体中心的细胞呈死亡状态(红色)，边缘的细胞呈存活状态(绿色)。最外面的环是一层增殖细胞，中间的环是一层活细胞，最里面的环是坏死细胞的核心，这是由于废物堆积和缺氧造成的(Nath, 2016)。顺铂在2D和3D模型的疗效分别在第2天和第7天，将低到高剂量的CIS添加到2D单层细胞和3D生物打印类肿瘤细胞中。2D细胞处理治疗48小时，3D生物打印类肿瘤治疗96小时。MTS试验显示，2D单层对所有细胞株的细胞毒性均呈剂量依赖性，3D乳腺癌类肿瘤细胞也是如此(图2A)。有趣的是，BxPC3和Panc-1细胞株在3D中比在2D中显示更高的IC50。换句话说，这两种胰腺癌细胞株在3D生物打印类肿瘤中基本上不受CIS的影响。这里，一种解释是胰腺癌细胞对CIS浓度的增加表现出了耐药性(Wang, 2016 凯兰,2007 Sangster-Guity, 2011)。针对药物治疗，胰腺癌细胞可能已经诱导了他们的生存途径，上调衰老、DNA损伤反应信号转导和跨损伤DNA合成(Gomes, 2019年)。吉非替尼在2D和3D模型的疗效EGFR癌蛋白常在乳腺癌和胰腺癌细胞系中表达。因此，药物抑制EGFR通路可导致细胞周期阻滞、衰老或凋亡(Jacobi, 2017)。如图2B所示，在3D和2D中，吉非替尼显著降低了细胞活力。对于所有细胞类型，3D Coll 1和GelMA的IC50均低于2D培养的IC50，这表明GEF在3D生物打印类肿瘤细胞中比在2D培养中造成更多的死亡。2D细胞培养的局限性2D细胞培养系统不能模拟体内肿瘤的内在特性，包括自然屏障、低氧梯度和紧密的细胞-细胞连接，这些都减缓了药物扩散。此外，它们缺乏支持3D生长和癌蛋白上调的组织特异性环境和ECM (Reynolds, 2017)。图2A的另一项研究显示，3D胰腺癌细胞比2D单层细胞对CIS的抗性更强。很明显，2D研究对于胰腺癌的体内治疗是一种误导和不准确的预测。结论使用CELLINK GelMA和Coll 1作为类肿瘤支架，为球状形成和药物扩散提供了稳定的肿瘤微环境（TME）。用GelMA和Coll 1构建的不同杀伤曲线模型表明，细胞外基质（ECM）在药物反应中起关键作用。未来的研究需要确定哪种支架适合特定的肿瘤模型。我们的研究结果显示，在2D和3D肿瘤模型中，顺铂(CIS)和吉非替尼(GEF)治疗具有剂量依赖性和细胞特异性反应。乳腺癌和胰腺癌细胞株在3D条件下比2D条件下对GEF更敏感。同样，乳腺癌细胞株3D对CIS治疗的敏感性高于2D，而胰腺细胞株对CIS治疗的敏感性则相反，提示3D模型的耐药水平升高。3D生物打印类肿瘤模型用于药物筛选，可用于减少假阴性和假阳性预测。未来的研究可以使用BIO X来扩大类肿瘤的生产，用于高通量药物测试。

日常的细胞培养大多指的是在培养皿中进行的，也就是2D培养，虽然它在细胞生物学中的研究具有重要的作用，但在模拟体内环境具有一定的局限性。人体是处于动态变化的，因而出现了3D细胞培养，将具有三维结构的材料载体与各种细胞在体外共培养，可以使细胞在三维空间内生长迁移形成三维的细胞-载体复合体，更有利于支持细胞在模拟体内环境下的状态与趋势。常规的3D细胞培养缺少血管化、形成效率低，形态结构和功能方面也会存在很大差异。生物3D打印技术可以很好的解决上述问题，想了解更多生物打印技术，赶快来深蓝云直播间吧。直播时间：2022年6月16日下午3：00主要内容：1、3D和2D细胞培养区别介绍2、3D生物打印介绍3、3D生物打印应用主讲人：叶忠雪，毕业于东北农业大学，具有多年分子和细胞方面的经验，致力于定量PCR，凝胶成像系统，3D生物打印推广和应用工作，对于行业发展有前瞻性研究和见解。 扫描下方海报内二维码报名

一家创新型澳大利亚公司Organov, Inc和位于墨尔本的Invetech Pty Ltd公司合作，开发出世界上第一台商业化的3D生物打印机，实现了医学上的一项重大突破。并因此而获得了近日联邦政府AusIndustry颁发的工程创新奖。 　　这项研究成果包括由机器手控制的精准打印头和一台计算机控制激光校准系统，能够根据需要打印人体组织三维图形，有助于进行生物组织结构重组和器官移植，对于国家经济和研发活动本身潜在的贡献是巨大的。它的成功显示了创新的力量和它对人类生活现实影响的能力。 　　事实上，从事生物组织工程的工程师们数十年来的努力已超越了以简单细胞结构创造三维器官的工作。他们用了9个月时间联合攻关解决工程领域新的挑战，设计、开发、制造和发送了世界上第一台商业化的3D生物打印机。 　　联邦创新、工业与科研部长金卡尔说，澳大利亚有世界水平的科研和极具创造性与智慧的公司，这二者将是一种有效的结合。澳大利亚政府正在比以往任何时候都加大对这种优势的投入，而驱动创新来确保澳大利亚的长期繁荣。

美国斯坦福大学（Stanford University）开发了用于分析血液和废水的人工智能（AI）辅助方法。微生物的可靠检测和鉴别对于医学诊断、环境监测、食品生产、生物防御、生物制造和药物开发至关重要。虽然病原体检测通常使用体外液体培养方法，但据估计，使用目前的实验室方法，可以轻松培养的细菌种类不到所有细菌种类的2%。此外，在这2%中，根据细菌种类的不同，培养过程可能需要数小时到数天不等。因而由于诊断进程缓慢，在等待细菌培养结果时通常使用广谱抗生素，导致抗生素耐药细菌数量惊人地增加。拉曼光谱是一种无标记振动光谱技术，最近已成为一种有前途的细菌种类鉴别平台。由于每个细胞种类和菌株都有独特的分子结构，因而它们具有可用于鉴别的独特的光谱指纹。与基于核酸的检测方法（如聚合酶链式反应（PCR））和基于蛋白质的检测方法（如基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）和酶联免疫分析（ELISA））相比，拉曼光谱检测技术只需很少或不需要使用试剂或标记，设备成本相对较低，并具有无扩增检测的潜力。此外，拉曼光谱检测技术是一种无损技术，首先，其激发激光功率很低，使细胞可以保持活性；其次，测量结果基本不受细胞中水分的干扰；最后，检测只需非常小的样本量。与等离子体或米式共振纳米颗粒结合，拉曼光谱信号平均可以增强10⁵-10⁶倍，最高可增强10¹⁰倍，从而实现对细胞的快速检测。由于这些优势，拉曼光谱检测技术已经成功地应用于基因分析、蛋白质检测，甚至单分子检测。最近的工作也显示了拉曼光谱检测技术在细胞鉴别方面的令人兴奋的进展，包括细菌鉴别、免疫分析和活体活检。然而，为了提高拉曼光谱检测技术的临床和工业实用性，它必须与简便的样本制备方法相结合。据悉，近期，美国斯坦福大学的一个研究项目开发了一种细菌鉴别技术，该技术结合了表面增强拉曼光谱（SERS）、机器学习和用于样本制备的生物打印方法。这项研究近期以“Combining Acoustic Bioprinting with AI-Assisted Raman Spectroscopy for High-Throughput Identification of Bacteria in Blood”为题发表在Nano Letters期刊上。拉曼光谱技术用于细菌鉴别原理示意图据参与该项目的研究人员称，传统培养方法可能需要数小时或数天，作为传统培养方法的替代方法，这种新方法可以快速、廉价、更准确地对许多不同液体进行微生物分析。斯坦福大学Fareeha Safir说：“不仅每种细菌都表现出独特的光谱特征，而且给定样本中几乎所有其他分子或细胞都是如此。样本中的红细胞、白细胞和其他成分都在发送自己的信号，因此很难从其他细胞的噪音中区分微生物的光谱信号。”要解决这个问题，研究小组需要考虑的是如何利用极少量的样本达到最好的细胞分离效果，尽可能多地去除不必要的光谱信号。为了解决这一挑战，该研究借鉴了喷墨打印技术的原理，使用了一种被称为声学微滴喷射（ADE）的技术。在使用声学微滴喷射技术时，超声波将聚焦在流体-空气界面，产生辐射压力，从而使液体表面喷射出液滴，其液滴大小与换能器的频率成反比。从细胞原液中喷射出的图案化液滴未来的即时检测技术该平台的拉曼面利用金纳米棒（GNRs）进行表面增强，将金纳米棒引入样本液体中，通过声学打印操作将细菌和金纳米棒都沉积到镀金载玻片上。声学打印平台和共聚焦拉曼装置示意图该研究团队在其发表的论文中评论道：“这项试验首次展示了利用微观生物实体和纳米颗粒进行的多组分样本的稳定而精确的高频声波打印。”此外，在该项试验中，基于拉曼光谱的分析被应用于大肠杆菌、葡萄球菌，以及小鼠红细胞样本，并使用之前从均匀细胞样本中训练的机器学习算法来鉴别不同类别样本的拉曼光谱特征。利用拉曼光谱信号鉴别用金纳米棒（GNRs）打印的细胞样本基于机器学习算法和拉曼光谱技术鉴别大肠杆菌、葡萄球菌，以及小鼠红细胞样本结果显示，该系统对细胞纯样本的分类准确率超过99%，对细胞混合样本的分类准确率为87%。此外，使用金纳米棒和不使用金纳米棒的检测结果证实，拉曼光谱信号在生物打印样本中会发生表面增强，其放大倍数高达1500倍。根据该研究团队的说法，该方法可以帮助推进基于拉曼光谱的研究、临床诊断和疾病管理，为未来的即时检测系统提供基于流体的生物标志物微创检测。该平台也可以应用于其他液体的检测，比如公共卫生监测领域的饮用水检测。研究团队成员Amr Saleh说：“这是一种创新的解决方案，有可能挽救生命。我们对该方法潜在的商业化机会感到兴奋，这可以帮助重新定义细菌检测和单细胞表征的标准。”

糖尿病是一种流行慢性代谢性疾病，具有多种临床表现和并发症，是死亡的主要原因之一。连续血糖监测可加强糖尿病管理，通过及时了解血糖水平波动情况来调整治疗方案，可减少住院次数并节约医疗费用，减少无效药物的使用从而挽救生命。微针系统在糖尿病的持续和实时监测方面有着巨大的前景，其可在不触及痛点的情况下到达真皮，并且可以降低感染的可能性，有着更高的安全性。已有不少研究者开发出了用于糖尿病监测的微针生物传感器。然而，这些传感器的血糖检测范围仍然有限，这使得对血糖水平高的患者的监测不准确，且对实时的葡萄糖浓度的反映不够灵敏。此外，目前尚未有相关传感器将工作电极、参比电极和计数电极集成在同一芯片中。近日，北京大学崔悦课题组首次展示了集成微针生物传感装置对糖尿病的连续监测。该装置采用3D打印工艺、电镀工艺和酶固定化步骤制造。将该装置插入小鼠皮肤真皮层，对正常或糖尿病小鼠皮下葡萄糖水平的监测具有准确的传感性能。检测结果与商业血糖仪的检测结果水平相当。这项研究有望为糖尿病的监测和治疗提供有效的途径，同时也为皮下电子设备的基础研究开辟道路。相关研究结果以“Continuous monitoring of diabetes with an integrated microneedle biosensing device through 3D printing”为题发表于《Microsystems & Nanoengineering》。文章链接：https://doi.org/10.1038/s41378-021-00302-w图1 微针生物传感器件整体方案及材料表征。其中使用了不同设备打印了不同尺寸的锥形微针阵列，如图e, f所示。图e中的微针高度约为0.8 mm，底部直径为0.4 mm，间距为0.2 mm。（SprintRay Technology Ltd., China）图f中的微针高度约为0.5 mm，底部直径为0.1 mm，间距为0.4 mm。(nanoArch S140, 摩方精密)该工作设计并使用面投影微立体光刻技术（nanoArch S140, 摩方精密；MoonRay, SprintRay Technology Ltd.）打印了9×9的微针阵列，单个微针的结构为锥形。微针阵列确保工作电极和皮肤之间有足够的接触面积，通过减小器件尺寸，形成稳定的传感器-皮肤界面。微针生物传感器采用双电极结构，包括普鲁士蓝涂层的Au工作电极和Ag/AgCl计数器/参比电极。每个电极占据一定的微针阵列，使用磁控溅射在微针表面镀上Au或Ag，Ag/AgCl层由Ag层的氯化作用得到，Au电极上的普鲁士蓝涂层采用电镀工艺制得。最后，将葡萄糖氧化酶固定在传感器的Au工作电极上。整个传感器构建完成后，将微针插入小鼠皮肤真皮层。在皮下葡萄糖的存在下，工作电极上的酶促反应产生H2O2，从而产生电流信号响应。该生物传感装置在缓冲溶液、等离子体和模拟ISF中显示出可靠和稳定的葡萄糖检测，微加工和电化学镀步骤使传感器能够线性和灵敏地检测葡萄糖，且检测范围得到拓宽。进一步地，将传感器插入小鼠皮肤真皮层，传感器在小鼠进食或被注射胰岛素的情况下，能够准确地连续实时监测皮下葡萄糖水平。图2 微针阵列传感器的制备工艺及其检测H2O2的性能。图3 生物传感装置在不同环境下的选择性和稳定性。图4 用生物传感装置对不同溶液中的葡萄糖进行体外传感。图5 用生物传感装置对小鼠皮下葡萄糖进行体内监测。

随着科学的发展和技术的进步，传统的材料和结构已经不能完全满足人类社会发展的要求，在医疗、制造等高科技产业中体现得尤为明显。以组织支架为例，其结构技术正在从“性能主导”向“功能主导”转变，兼具承载和多功能特点的组织支架越来越受到重视。这种支架表现出明显的多约束、多尺度、多材料特性，使得结构的创新性和复杂性急剧增加。与医学技术中使用的传统材料相比，形状记忆聚合物及其复合材料具有形状可展开、形状可回复和形状自适应等独特的功能特性，在满足新型外科和医疗器械对材料特殊性能的需求方面发挥着重要作用。随着对复杂结构、个性化植入设备、高精度医疗设备的需求不断增加，形状记忆聚合物和4D打印技术有望突破生物医学领域智能材料和结构的技术壁垒，成为未来各学科合作的新纽带。形状记忆聚合物和4D打印技术的发展彻底改变了组织支架的设计方法，制备的组织支架可以随着时间在环境的相应刺激下进行调整，为制造复杂的多层次结构在组织工程的应用方面提供了巨大的潜力。但目前基于形状记忆聚合物和4D打印技术的可植入医疗器件的材料开发、结构设计和评价策略一般都是经验且孤立的，缺乏指导该种器件设计及制备的整体框架。哈尔滨工业大学冷劲松院士课题组近日在《Advanced Healthcare Materials》上发表题为“Research Progress of Shape Memory Polymer and 4D Printing in Biomedical Application”的文章，全文约2.2万字，包括6大章节，14个小节，280余篇参考文献，论文的第一作者哈尔滨工业大学助理教授赵伟，哈尔滨工业大学冷劲松院士和刘彦菊教授为共同通讯作者，博士生岳成斌和刘立武教授为共同作者。该研究工作得到了国家自然科学基金大力支持。论文总结归纳了形状记忆聚合物及4D打印技术在生物医学领域的最新研究进展，从驱动方法、骨组织支架、腔道支架以及其他领域四个维度全面且系统地总结了形状记忆聚合物及4D打印技术在生物医学领域的最新成果，并从多角度、多维度、多层次探讨了现有的基于形状记忆聚合物及4D打印技术制备的组织支架在生物医学领域应用过程中的挑战与局限，提出可植入医疗器件向着可微创植入、高功能性、可个性化定制的方向发展的未来设想，并以具备优异性能的材料开发为基础，以力学设计为保障两个关键环节建立完整的科学框架，深入探讨了未来形状记忆聚合物及4D打印技术在生物医学领域的发展趋势，极大地推动了其在生物医疗等重点战略领域的高速发展！如图1所示为形状记忆聚合物及4D打印技术在生物医学领域的应用。图1 基于形状记忆聚合物及4D打印技术的生物医学领域应用 形状记忆聚合物驱动方法方面，论文从分子结构的角度概述了形状记忆聚合物的形状记忆效应的机理，全面地归纳了适用于生物医学领域的驱动方法，高度总结了各驱动方法的实现机制，并对比了其优缺点，为针对不同的生物应用器件的研发及体内展开策略提供了重要的指导意义，同时推动了形状记忆聚合物的驱动方式向着安全性、可靠性、便捷性不断探索与前进。 骨组织支架应用方面，论文总结和讨论了骨组织支架的发展历史，以及目前骨组织支架的类型和应用情况，随后概述了基于形状记忆聚合物及其4D打印骨组织支架的研究进展，并对比了各类制备技术的优缺点。不仅为下一代具有可微创植入、自适应、可个性化定制的骨组织支架提供了重要的设计策略，而且极大地推动了基于形状记忆聚合物及4D打印技术的骨组织支架向着高可靠性、高效率、高功能性的方向快速发展。图2基于形状记忆聚合物及4D打印技术的骨组织支架。图2 基于形状记忆聚合物及4D打印技术的骨组织支架 腔道支架应用方面，论文总结并归纳了腔道支架的发展历史（图3和图4），全面归纳了目前各类支架的优缺点以及腔道支架目前面临的挑战。随后重点描述了目前基于形状记忆聚合物及4D打印腔道支架的应用情况，并概述了各类支架通过微创手术植入体内之后的展开方法。通过支架各种性能的对比，不仅为下一代腔道支架的设计与研制建立了重要的桥梁，而且为基于形状记忆聚合物及4D打印技术的骨组织支架向着高柔韧性、高空间适用性和易植入等方向的发展提供了重要参考。图5基于形状记忆聚合物及4D打印技术的管腔支架。图3 气管支架发展历史图4 血管支架发展历史图5 基于形状记忆聚合物及4D打印技术的管腔支架 其他生物医学领域应用方面，论文总结并归纳了形状记忆聚合物及4D打印技术在其他生物医学领域的应用，包括骨折固定装置、药物释放装置、血管栓塞系统、心脏补片以及封堵装置等。形状记忆聚合物及4D打印技术为可植入器件的开发提供了先进的设计理念以及灵活的制备方案，并极大地降低了生物医疗器件的开发成本。形状记忆聚合物及4D打印技术为可植入生物医学器件的发展带来颠覆性变革和机遇。冷劲松院士团队长期从事于智能结构力学及其应用研究。在航天领域，研制了基于形状记忆聚合物复合材料的可展开铰链、桁架、重力梯度杆、天线、太阳能电池、离轨帆、锁紧释放机构等智能结构 (Sci. China. Technol. Sc., 2020, 63, 1436–1451 Smart Mater. Struct., 2022, 31, 025021 Compos. Struct., 2022, 280, 114918 AIAA J., 2021, 59, 2200-2213 Compos. Struct., 2022, 290, 115513 Compos. Struct., 2020, 232, 111561 Compos. Struct., 2019, 223, 110936.)，可应用于各种卫星平台、空间站、探月工程、深空探测工程等。设计制备了构型、力学性能可调节、可重构的拉胀力学超材料和像素力学超材料 (Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 2004226 Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2107795)。在生物领域，基于形状记忆聚合物等智能材料开发了多种智能生物支架和人工假体 (Biomaterials, 2022, 291, 121886 ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 42568-42577 Compos. Sci. Technol. 2019, 184,107866 Compos. Sci. Technol. 2021, 203, 108563 Compos. Sci. Technol. 2022, 209, 109671 Adv. Healthc. Mater. 2022, 22019975 Compos. Part A-Appl. S., 2019, 125, 105571 Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1906569 Adv. Healthc. Mater. 2022, 22019975)。冷劲松教授团队自主设计并研制的基于形状记忆聚合物的中国国旗锁紧展开机构，于2021年5月在天问一号上成功展开，使我国成为世界上首个将基于形状记忆聚合物复合材料的智能结构应用于深空探测工程的国家 (Smart Mater. Struct., 2022, 31, 115008)。论文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202201975来源：高分子科学前沿摩方精密作为微纳3D打印的先行者和领导者，拥有全球领先的超高精度打印系统，其面投影微立体光刻（PμSL）技术可应用于精密电子器件、医疗器械、微流控、微机械等众多科研领域。在三维复杂结构微加工领域，摩方团队拥有超过二十年的科研及工程实践经验。针对客户在新产品开发中可能出现的工艺和材料难题，摩方将持续提供简易高效的技术支持方案。

牙釉质是一种高度钙化的硬组织，具有紧密有序的羟基磷灰石（HAp）纳米晶体排列结构，以满足其所需的力学强度和韧性等性能。目前可通过生物矿化、无机模板合成等方法仿生天然牙釉质的独特结构。然而，上述方法只能在纳米尺度、微米尺度或以粗糙的宏观形状实现单个水平面HAp的有序排列。且天然牙釉质不仅有平行排列的外层结构，还有一定偏转角度的内层结构。更重要的是，其清晰的宏观结构（厚度大于1 cm，尺寸大于1 cm）也进一步增加了制备仿生牙釉质的难度。目前3D打印牙齿从最初的简单材料打印牙齿模型的阶段，到性能优化打印阶段，到进一步混合活性细胞、抗菌材料、生长因子等功能打印阶段，其打印精度和效果在不断地提高，但也并未复刻天然牙齿的各项性能，离临床应用还有较远的距离。 图1. 多尺度、高精度牙冠的3D打印 东华大学纤维材料改性国家重点实验室朱美芳院士、张耀鹏教授受到天然牙齿中牙釉质多阶段生长的启发，基于单分散的“超重力+”HAp基齿科修复树脂材料，采用挤出成型3D打印技术，开发了一种自下而上的逐步组装策略，利用剪切诱导构建了多尺度高度有序HAp结构的高精度仿生牙冠（图1），实现了天然牙的成分（HAp）、结构（紧密有序）以及性能（力学及再矿化）仿生。相关成果以题为3D Printed Strong Dental Crown with Multi-Scale Ordered Architecture, High-Precision, and Bioactivity发表在Advanced Science上，博士生赵梦露为第一作者，北京化工大学博士生杨丹蕾、范苏娜博士、姚响副教授和北京化工大学王洁欣教授为共同作者，张耀鹏教授和朱美芳院士为共同通讯作者。部分实验完成于上海光源BL19U2线站，北京化工大学合作制备“超重力+”羟基磷灰石。 图2. 基于高度有序HAp基复合树脂牙冠的3D打印流程示意图图3. 3D打印牙冠的个性化修复 本工作制备了单分散的“超重力+”HAp基齿科修复树脂材料，使HAp纳米棒均匀且稳定地分散在树脂基体中。根据不同配方浆料的流变学行为，通过理论计算选择了最适合剪切诱导有序的打印墨水配方。并基于此浆料的流变特性，通过计算流体力学设计了具有逐渐收缩通道的定制喷嘴，从而有利于浆料顺利的挤出和稳定的剪切（图1）。以HAp的纳米晶体结构作为基础（原子尺度），到单分散的纳米棒在打印过程中受到剪切诱导而沿着打印方向进行有序的排列（纳米尺度），进一步控制打印路径使其平行排列（微米尺度），在宏观上制备三维高度有序的树脂样品，最后根据牙冠的三维模型，打印出个性化修复的牙冠（图2）。其打印精度可达95%（图3）。由于中断了裂纹扩展，当使用最小直径260 µm的喷嘴进行打印时，取向程度最高，其弯曲强度最高可达138 MPa，压缩强度可达370 MPa，优于传统模具法制备的样品（图4）。其优异的再矿化活性减少了细菌聚集和继发龋齿的机会（图5）。此工作为制备具有独特结构和功能的仿生材料提供了新的思路。图4. HAp基复合树脂的力学性能及断面形貌图 图5. HAp基复合树脂的体外生物活性 此工作得到了国家重点研发计划（2016YFA0201702）及上海市优秀学术带头人项目（20XD1400100）等项目的资助。特别感谢岛津公司宁棉波工程师在Micro-CT测试中提供的帮助。 近年来，张耀鹏教授团队在3D打印仿生生物材料研究方向取得了一系列研究成果（Compos. Sci. Technol., 2021, 213, 108902 Cellulose, 2021, 28, 241-257 Carbohyd. Polym., 2019, 221, 146）。 原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202104001 高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn 本文转发自高分子科技公众号本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

内容简介本研究论文聚焦微生物的快速药敏检测研究。抗生素耐药是目前全球公共卫生安全面临的一项严峻挑战。病原菌的耐药性加速进化增加了临床治疗多重耐药感染的用药难度与病人死亡率。及时得到微生物的抗生素药物敏感性结果对于临床多重耐药感染的精准诊断与用药治疗具有重要意义。这项研究中设计了基于流阻的微液滴芯片，结合应用刃天青生物指示剂可在5 h内指示微生物在不同浓度抗生素下的生长。该芯片有若干独立的截留腔室，可自动产生抗生素浓度梯度并形成独立的微液滴用于检测细菌药敏性。该芯片简化了控制操作和设备集成，相较于传统方法缩短了药敏检测时间，具有良好的应用前景。引用本文Zhang H, Yao Y, Hui Y, et al., 2022. A 3D-printed microfluidic gradient concentration chip for rapid antibiotic-susceptibility testing. Bio-des Manuf 5(1):210–219. 文章导读图1 用于细菌抗生素药物敏感性检测的浓度梯度微流控芯片的设计与应用示意图：（a）芯片的制造流程；（b）芯片内产生梯度浓度的过程。其中芯片模具是用摩方精密nanoArch S140制备。图2 不同浓度刃天青的显色荧光显色效果：（a）除去阴性对照后的相对荧光强度；（b）阳性对照和阴性对照的荧光显色图图3 三种不同浓度抗生素对大肠杆菌生长的影响查看更多：PuSL高精密3D打印 官网：https://www.bmftec.cn/links/7