体积生物打印技术或将彻底改变再生医学
体积生物打印技术的进步正在推动组织工程发展，为再生医学创造复杂的功能性器官。
文章发表于2025年4月25日
作者：Rhianna-lily Smith，《Technology Networks》编辑助理
生物制造是融合生物学、工程学与材料科学的新兴领域，通过生物打印技术将活细胞与生物材料结合，精确构建三维组织结构。这些实验室培育的组织正被应用于药物测试、疾病建模和再生医学，最终目标是制造可替代受损或病变器官的功能性人工器官。
乌得勒支大学医学中心生物制造研究员保莉娜·努涅斯·贝尔纳尔博士指出，生物制造的核心挑战在于规模化生产——如何构建能与人体无缝整合或在实验室模拟复杂功能的大尺寸功能性组织。解决这一问题将扩展个性化医学的可能性，包括开发患者特异性植入物和定制化组织移植物。
贝尔纳尔博士专注开发先进生物打印技术，其主导的体积生物打印技术突破了传统逐层打印的限制。该技术通过计算机断层扫描原理，利用旋转容器中的光投影快速固化光敏生物材料，可在数秒内制造出建筑结构复杂的大尺寸生物模型。相较传统生物打印，其非接触式光固化过程显著降低了细胞剪切应力，特别适合打印人类诱导多能干细胞等敏感细胞类型。
在WORD+ 2025会议上，贝尔纳尔团队展示了提升生物打印组织功能性与可扩展性的最新成果。在接受《Technology Networks》采访时，她阐述了这项技术的突破性价值及面临的挑战：
"我们实验室开发体积生物打印技术的初衷，是提升生物制造结构的三维复杂度。这项技术源自瑞士洛桑联邦理工学院2019年开发的塑料材料体积打印技术，经过参数优化后成功实现了生物相容性材料的打印。其工作原理类似CT成像：将三维模型分解为动态光投影，通过旋转容器内的光敏生物材料进行光固化，最终一步成型复杂结构。这种非接触式打印方式不仅速度惊人，更避免了传统喷嘴打印对细胞造成的机械损伤。"
贝尔纳尔特别强调技术突破点："传统3D生物打印采用逐点或逐层堆叠方式，大型复杂结构打印耗时且细胞存活率低。而体积生物打印通过光投影实现整体成型，打印过程中细胞处于静止状态，几乎没有应力损伤。我们曾将载有类器官的生物墨水进行打印，结果显示高表面积设计的'迷你肝脏'模型代谢效率显著提升，这印证了结构设计对功能实现的重要性。"
在个性化医疗应用方面，该技术展现出巨大潜力：通过整合患者来源的细胞样本，可构建个性化疾病模型用于药物筛选，或打印定制化组织移植物。研究团队正开发具有主动生物功能的智能材料，这些材料不仅能作为细胞载体，还可促进细胞迁移与血管生成。例如在软骨组织打印中，通过调整材料机械性能和微观结构，成功模拟了天然软骨的抗压特性。
尽管前景广阔，规模化临床应用仍面临多重挑战：1）实验室制造的组织需完全匹配天然器官功能，并建立跨实验室的功能验证标准；2）生产流程与材料需符合GMP规范并通过医疗监管审批；3）技术经济可行性需达到制药与医疗行业的商业化要求。目前已有多个实验室在推进类器官大规模培养技术，但完整功能性器官打印仍需百亿级细胞规模，这涉及复杂的细胞扩增与供应链体系。
贝尔纳尔预测未来十年将实现临床转化突破："随着各国加大科研投入，我们正推动体积生物打印技术向标准化生产过渡。虽然完整功能性器官打印可能需要更长时间，但个性化植入物和药物筛选模型有望率先实现临床应用。当前研究重点在于探索不同组织类型的打印参数优化，以及开发符合监管要求的生产规范。"
目前该技术已进入商业化阶段，瑞士合作团队成立的初创企业专注开发医疗专用打印设备，乌得勒支大学实验室则继续推进生物应用的研发。贝尔纳尔表示，生物制造领域正处于技术转化的关键期，既需要学术界的创新突破，也离不开产业界的工程化能力。她期待通过跨学科协作，让这项技术最终惠及再生医学与药物开发领域。
【全文结束】
