供稿人:王慧超 連芩 發(fā)布日期：2018-03-01
擠壓式生物打印作為一種迅速發(fā)展的技術(shù)在近十年取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，由于它的多功能性、成本低廉以及可以打印多孔結(jié)構(gòu)，擠壓式生物打印在世界范圍內(nèi)被研究者廣泛使用，這項(xiàng)技術(shù)在從基礎(chǔ)研究到臨床中被廣泛用于打印各種細(xì)胞、組織、組織結(jié)構(gòu)、器官和微流體設(shè)備等生物制品方面。利用多種方式的擠壓式生物打印技術(shù)，已經(jīng)設(shè)計(jì)制造出了相當(dāng)多種類(lèi)的組織結(jié)構(gòu)，例如骨、軟骨、血管、皮膚、肝臟、心臟等。
擠壓式生物打印裝置由流體供給系統(tǒng)和自動(dòng)壓出打印系統(tǒng)兩部分組成（圖1）。由電腦控制的沉積系統(tǒng)將“生物墨水”打印成形，細(xì)胞被精確地封裝在三維結(jié)構(gòu)中。這種技術(shù)制造的產(chǎn)品具有很好的結(jié)構(gòu)完整性。
圖1. 擠壓式生物打印系統(tǒng): (A) 氣動(dòng)微擠壓裝置包括 (A1)無(wú)閥型和（A2）有閥型，（B）機(jī)械微擠壓裝置包括（B1）活塞驅(qū)動(dòng)和（B2）螺桿驅(qū)動(dòng)，（C）螺線(xiàn)管微擠壓裝置。
擠壓式生物打印的“墨水”多種多樣，幾種“墨水”在圖2中展示。打印“墨水”多樣性的原因有：噴嘴直徑可達(dá)到較大尺寸、可在易散的液體輸送介質(zhì)中沉積小模塊、噴嘴設(shè)計(jì)比較靈活、“墨水”可以為近固態(tài)。
圖2. 擠壓式生物打印中的不同類(lèi)型生物“墨水”：（A）細(xì)胞裝載在水凝膠中打印，（B）細(xì)胞在微載體聚合物上，（C）由細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成的組織球體，（D）噴嘴里的細(xì)胞團(tuán)，（E）組織束（tissue strands）和（F）去細(xì)胞外基質(zhì)（dECM）。
擠壓式生物打印技術(shù)與其他生物打印技術(shù)相比它的優(yōu)點(diǎn)有：打印物品的延展性好、設(shè)備價(jià)格低廉、“生物墨水”多種多樣、可打印高濃度細(xì)胞溶液，生物相容性好、容易上手操作，最重要的是可以打印解剖學(xué)意義上的多孔結(jié)構(gòu)。它也有一些缺點(diǎn)：打印精度有限、打印材料在噴嘴壁上的剪切力會(huì)減小細(xì)胞存活的數(shù)量、打印過(guò)程影響細(xì)胞活性、打印后細(xì)胞面臨脫水及缺少營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題。
關(guān)于血管化組織制造方面，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，在亞微米尺度打印毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)是非常困難的。一種替代方法是打印宏觀血管然后期望毛細(xì)血管的自然形成；另一種替代方法是使用熱致解交聯(lián)材料打印，然后去除多余材料，只剩血管結(jié)構(gòu)。Khademhosseini團(tuán)隊(duì)、Dai團(tuán)隊(duì)、Lewis團(tuán)隊(duì)、Chen團(tuán)隊(duì)正在研究使用可消失“墨水”打印血管結(jié)構(gòu)。在研究中，他們使用細(xì)胞混合水凝膠做基體材料，打印的血管結(jié)構(gòu)可以增加細(xì)胞活性，距離血管遠(yuǎn)近的細(xì)胞有明顯的差異。他們的研究表明，創(chuàng)造一個(gè)管腔表面覆蓋著內(nèi)皮細(xì)胞的血管通道，可以促進(jìn)血漿蛋白和葡聚糖分子的擴(kuò)散。
擠壓式生物打印的發(fā)展和應(yīng)用前景主要集中于：新型生物打印材料、高分辨率和全自動(dòng)化打印系統(tǒng)、原位生物打印、介導(dǎo)基因治療、組織和器官以及新型器官的生物打印。