3D打印組織/器官技術的問題和技術制約

3D 組織/器官打印技術尚處于起步階段，還有很多問題需要解決  
①力學方面：噴射過程中的剪切力和液滴的沖擊力會對打印細胞液活性造成沖擊。因此，“生物墨水”的配制必須符合流體力學的要求，包括黏滯性、密度、表 面張力等重要參數(shù)。這些因素 均可造成細胞的損失影響細胞的存活，從而不利于體外的培養(yǎng)。同時打印前，打印過程中 均要求所打印的細胞或分子保持液態(tài)，而打印 后又要求其必須立即凝固，以維 持黏彈性狀態(tài)。這種液態(tài)到固態(tài)的變化必須保證不引起細胞、生物活性因子以及其他微粒的損傷，這也對3D 打印的發(fā)展提出了相當大的挑戰(zhàn)。

②生物支架材料 ：生物支架材料要解決的問題有：支架材料的可降解性及降解速率；材料的機械力學強度；支架的最 適孔徑和孔隙率。適度的生物降解速率，指該降解速率需和組織再生的速率相匹配，最后可完全吸收或可安全排出。合適的孔尺寸、高的孔隙率(90%) 和相連的孔形態(tài)，對于大量細胞的種植、細胞和組織的生長、細胞外 基質的形成、氧氣和營養(yǎng)的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神經(jīng)的內生長起著決定作用。雖然，支架的最 適孔徑尚無定論，但學者還是公認，幾十到幾百微米的孔徑對于細胞的遷移和長入支架內部通常認為是必需的。支架 孔徑過小，不利于細胞的穿透，培養(yǎng)的細胞經(jīng)過很長的時間，仍然依附于支架表面，未能 穿透到支架內部。支架 孔徑過大，不利于細胞的黏附和鋪展，同樣會妨礙細胞生長。解決此問題的一個方法是用納米纖維與微米纖維共同構建支架材料。納米纖維為細胞的黏附和生長提供合適的表面形態(tài)，利于細胞在支架上的 黏附與生長，微米纖維提供整體的環(huán)境，利于細胞 滲透到支架內部。所以 微/納米復合纖維支架應用于組織工程具有很大潛力。

目 前國內外研究的支架材料種類眾多，但歸納起來可分為兩大種類：一類是天然生物衍生材料，如脫鈣骨基質、殼聚糖、藻酸鹽凝膠等；另一類是人工合成生物高分子材料，主要有羥基磷灰石、磷酸三鈣、生物 活性玻璃等無機材料和以聚乳酸及其共聚物等為代表的有機材料。這些支架材料都各有其優(yōu)缺點，傳統(tǒng)的支架往往是單一的有機物或無機物，但其往往不能同時滿足3D 打印的需要，因此，現(xiàn)在的研究方向是發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢，彌補單一材料的不足，制造出各種復合支架材料。

③生物學方面：3D 打印過程中必須優(yōu)先考慮的問題就是如何保持細胞的活力以及產(chǎn)品的塑形。組織/器官打印必須處理好的幾個生物學問題包括：
A. 所選擇的打印方法對細胞和DNA既無毒性，也不會引起不可逆的損傷，在整打印過程中都要求是無菌化的。
B. 打印的構建物可以快速成型，成為有凝聚性的、具有機械穩(wěn)定性的三維結構，不能在打印后出現(xiàn)溶解或坍塌。
C.打印的構建物可以進行體外培養(yǎng)、增殖、分化、發(fā)育等后處理過程，要求構建模型是具有組織/ 器官三維特征的，能夠模擬組  織/ 器官特異性的微結構和微環(huán)境。
D.構建的組織/ 器官的再血管化問題也非常關鍵，它是構建組織/器官成活的關鍵，血管可以及時為種子細胞提供其成活所必需的營養(yǎng)，并且可以排泄代謝廢物。