2019十大最值得关注的生物3D打印研究
十年前，2009年美国国家科学基金会公布了生物增材制造发展路线图，其中预测，
2-3年，实现植入物，假肢，支架和细胞打印
5年，实现病/药理模型打印
10年，实现功能组织打印
15年，实现器官打印
今年是2019年，10年之约如期而至。正如科学家们的预言一样，今年是生物3D打印领域的全方位爆发元年。2019年，我们见证了生物3D打印首次发表Science和Nature主刊，以及上百篇SCI期刊文章；我们见证了各位科研工作者一次又一次地颠覆了我们的想象，将一个个颇为科幻的技术拉入到现实之中。我们完全有理由期待，未来的生物3D打印技术会与我们的想象越来越近，更早地应用在我们的医疗之中。
Science| “凭空”立体光刻技术
1月31日，美国加州大学伯克利分校和劳伦斯利佛摩国家实验室的有研究者联合在 Science 发表重磅成果，其利用一种计算轴向光刻（CAL）方法，通过多角度的曝光图像叠加，使材料能够从模型的内部逐渐向外部固化，实现了“凭空”立体打印。
入选理由：3D打印原理家族已经多年没有重磅新成员了，当思想者的雕塑在旋转的光影“凭空”产生时，无人不被这眼前的科幻感所震撼，同样感慨于研究者深厚的数学功底，将这立体光刻与悬浮打印完美结合，无愧本年最佳。
Kelly, Brett E., et al. "Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction." Science 363.6431 (2019): 1075-1079.
Science|3D打印会“呼吸”的人造器官
5月3日，美国莱斯大学Jordan Miller教授与华盛顿大学Kelly Stevens教授合作发表了生物3D打印的第一篇NCS，利用高精度的光刻技术提供了复杂的血管化网络结构的构建方法，为复杂组织器官的构建成为可能。
入选理由：打印一个大尺寸的组织结构其实并没有想象的那么困难，关键是大组织内部的营养供应怎么保证？研究者不仅构建了复杂的管道网络，还实现了多管道系统的复合构建，当打印的类肺结构“呼吸”起来时，你难以不相信他就是一个“生命”，富有冲击力的震撼，不愧是 Science 封面重磅。
Grigoryan, Bagrat, et al. "Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels." Science 364.6439 (2019): 458-464.
Nature| 多材料多喷头3D打印技术
11月13日，哈佛大学Jennifer Lewis教授课题组，在 Nature 发表了使用多材料多喷嘴3D打印技术设计和制造体素化软结构的过程，该技术可实现八种不同的材料的高频切换，构建了折纸图案，机器人，复杂多材料立方体等众多复杂异质结构。其一体化高速打印的多材料机器人后续还可实现机器运动，令人耳目一新。
入选理由：高粘度多材料异质结构的高速打印一直是3D打印有待解决的瓶颈问题，体素化的构建思想也会为未来3D打印的应用指明方向。拆除思维的墙，才能极大的发挥3D打印的强大力量。
Skylar-Scott, Mark A., et al. "Voxelated soft matter via multimaterial multinozzle 3D printing." Nature 575.7782 (2019): 330-335.
Science| 3D打印胶原心脏
卡耐基梅隆大学Adam W. Feinberg教授团队在 Science 发表“3D bioprinting of collagen torebuild components of the human heart”，该研究利用悬浮胶（FRESH）作为打印支撑体（Supporting Bath），高精度的打印了心脏瓣膜及心脏等复杂结构。该研究打印的心室具有同步收缩（不再是一个补片），定向动作电位传播，以及收缩期间心室壁增厚达14%等功能。
入选理由：如此精细复杂的胶原打印结构，目前恐怕只有悬浮打印才能做到，2019年悬浮打印异军突起，为血管化构建复杂组织器官结构贡献巨大力量。此外，胶原结构能实现如此力学强度，也可见研究者的深厚积累，交叉学科的重要成果绝不是单一因素决定，此篇成果让我们看到了3D打印复杂器官的希望。
Lee, A., et al. "3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart." Science 365.6452 (2019): 482-487.
Nature Medicine| 3D打印脊髓修复支架
2019年，美国加州大学圣地亚哥分校Chen Shaochen 教授课题组和Tuszynski课题组合作采用微尺度连续投影光刻法(μCPP) 3D打印了高精度的脊髓修复支架。种植神经祖细胞(NPC)的脊髓支架在脊髓损伤模型内可以支持轴突再生，帮助损伤脊髓再生修复。
入选理由：再酷炫的生物3D打印技术如果不能被应用也只是多彩的泡沫，研究者构建了如此精巧的模型，并取得了全髓修复在老鼠身上的良好效果，未来应用可期，值得关注。
Koffler, Jacob, et al. "Biomimetic 3D-printed scaffolds for spinal cord injury repair." Nature medicine 25.2 (2019): 263.
Science Advances|高细胞密度血管化组织的3D打印构建
哈佛大学的Jennifer Lewis教授团队在9月份的 Science Advances 上发表文章《Biomanufacturing of organ-specific tissues with high cellulardensity and embedded vascular channels》。该研究开发出一种全新的生物3D打印方式：功能性组织中直接打印牺牲材料（SWIFT）。使用细胞聚集体所形成的高细胞密度的组织作为支撑材料，将牺牲材料打印进去用于制造血管网络。
入选理由：悬浮打印方式的又一名作，哪里是支撑？哪里是牺牲？哪里是组织？哪里是血管？3D打印的理想能力就是实现三维空间多种材料的自由组合，但工艺和材料特性给我们限制太多，让我们不够自由，悬浮打印就是让我们重拾自由的一个方法。
Skylar-Scott, Mark A., et al. "Biomanufacturing of organ-specific tissues with high cellular density and embedded vascular channels." Science advances 5.9 (2019): eaaw2459.
Science| 大尺寸高速光固化技术
10月18日，Science 发表美国西北大学关于一种大面积快速打印技术（high-area rapid printing，HARP）的最新成果，可以高速在几个小时内打出成人大小的结构。
入选理由：3D打印的速度慢一直被诟病，2015年Carbon CLIP高速3D打印技术的诞生令人耳目一新，但高速聚合的大量放热问题限制了其更高速的应用。今年高速3D打印技术再一次被突破，离不开研究者对该技术痛点的深刻理解与创新性解决。随着高速打印的一次次突破，相信未来手术室里现场打印器件的一天会越来越近。
Walker, David A., James L. Hedrick, and Chad A. Mirkin. "Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface." Science 366.6463 (2019): 360-364.
Nature Biomedical Engineering|3D打印病人的胶质瘤芯片用于病人的放化疗效检验
2019年03月18日，韩国科学家Dong Woo Cho教授团队用多喷头3D打印技术，构建了一个高度仿真的梯度厌氧胶质瘤模型，并且用该模型培养肿瘤患者的细胞，化疗的效果与患者实际化疗效果一致。
入选理由：细胞/组织打印已将生物3D打印的应用推动到了体外高度仿生组织模型构建的新高度，多喷头细胞3D打印技术更是为复杂的人体病理模型构建成为可能，研究者基于病人细胞打印的高度仿真的梯度厌氧胶质瘤模型，并取得了准确的预测效果，为未来生物3D打印在个性化病人用药指导方面的应用提供了又一佐证。
Yi, Hee-Gyeong, et al. "A bioprinted human-glioblastoma-on-a-chip for the identification of patient-specific responses to chemoradiotherapy." Nat. Biomed. Eng 1.1 (2019).
Nature Methods| 微流控促进肾organoids的血管化和成熟
哈佛大学Wyss研究所报道了一种在3D打印的微流控芯片内培养肾脏类器官的方法，该方法可扩大内皮祖细胞的内源池并产生具有被壁细胞包围的可灌注腔。和静态培养相比，研究者发现在微流体流动条件下培养的血管化肾脏类器官具有增强的细胞极性和人基因表达的成熟足细胞和肾小管区室。在体外微流条件下诱导肾类器官实质性血管生成和形态成熟的能力为研究肾脏发育，疾病和再生开辟了新途径。
入选理由：Organoids 应该是2019年最火的体外模型研究词，3D打印与其不是互斥的，两者的结合可以不仅是直接打印organoids，也可以打印其培养所需的工具。3D打印微流控芯片，3D打印力学结构件等3D打印辅助器件都将成为未来3D打印助力生命科学研究不可或缺的手段。
Homan, Kimberly A., et al. "Flow-enhanced vascularization and maturation of kidney organoids in vitro." Nature methods 16.3 (2019): 255.
PNAS|多材料4D打印可形变晶格结构
哈佛Wyss研究所开发出可变交联强度及各向异性的墨水，该墨水具有可控的弹性模量及热膨胀系数，再通过合理的几何学设计及4喷头的复合多材料打印技术，打印出“神奇”的形状可变结构，未来可应用在软电子开发，智能织物，组织工程和机器人等领域中。
入选理由：4D打印技术实现了对复杂结构的“降维”制造，多喷头技术的使用，赋予了结构更多各项异性的可能，使得更为复杂的结构制造成为现实。多喷头打印技术的应用才是刚刚起步，解放思想才有更大突破。
Boley, J. William, et al. "Shape-shifting structured lattices via multimaterial 4D printing." Proceedings of the National Academy of Sciences 116.42 (2019): 20856-20862.
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上普成立于2014年，是一家世界领先的高科技公司，专门从事3D生物打印和制造先进生物打印产品。基于20多年的研发及经验及公司专利技术，SunP致力于研发创新的3D生物打印系统，新型生物墨水和先进的3D细胞模型并应用于个性化组织工程和癌症治疗，医疗器械，药物测试和新药研发。
图文来源：上普生物