什么是3D生物打印？
3D生物打印究竟是什么呢？
3D生物打印是一种不断发展的3D打印技术，它利用生物材料（生物墨水）来构建3D组织或3D细胞培养环境。研究人员在决定生物打印组织模型时，会根据他们的研究目标和所期望实现的结果来进行选择。这一过程允许极大的灵活性，以便将最终的模型调整到特定的目标。生物墨水可能被选用来模拟研究人员所希望打印的组织成分，但它也可以是一种合成配方，用以模拟类似功能。正如前文所述，他们还可以打印用于3D培养细胞的环境，然后选择适合该目的的生物墨水或水凝胶。
要深入了解生物打印的工作原理，请继续阅读本文，我们将详细介绍其中的三个主要阶段：打印前、打印中和打印后。
生物打印可以应用于无数领域，从药物发现到个性化医疗等。接下来，我们将深入探讨这些应用程序，以帮助您更全面地理解3D生物打印的多样性和潜力。
3D生物打印是如何运作的呢？
描述一个精确的3D生物打印工作流程是困难的，因为3D生物打印机与3D打印机一样，为用户提供了很大的自由度，使他们能够创造他们所需的内容。此外，生物打印机被设计用于使用各种不同的生物材料，增加了多样性。此外，3D生物打印是最近的发明，不断发展改进和引入新技术。应用和选择的组织类型也会极大地影响处理这一过程的方式。然而，我们可以进行一般性的概述。3D生物打印通常分为三个主要阶段：生物打印前、生物打印中和生物打印后。
01.
生物打印前
在这个阶段，您拥有一台生物打印机，并且已经具备对于您希望在打印中实现的目标有了一个初步的想法。在此阶段，您需要明确您想要生物打印的模型类型、选择使用的生物墨水种类，以及是否计划在3D生物打印过程中嵌入细胞。您所做的工作是定义打印会话结束时的最终结果。
如果您打算使用细胞进行打印（例如，创建活体组织），首先需要进行细胞的准备工作。一旦您拥有所需的细胞，这些细胞将与您选择的生物墨水混合在一起。这可能是因为您正在为特定的应用程序开发自己的生物墨水。在这种情况下，您将需要在3D生物打印之前对生物墨水进行必要的测试，以确保其适用于3D生物打印过程。
这也是开发或选择三维模型的时候了。一些3D生物打印应用程序不需要复杂的模型，这些模型通常可以在生物打印机的软件中快速生成。但其他应用需要更复杂的结构。例如，Ronawk公司致力于开发具有iPSC繁殖连接形状的模型，以消除亚培养的需求，从而加快细胞培养过程。这些类型的复杂模型通常是在外部的3D建模软件中完成的，但也可以直接在生物打印界面中创建，例如在DNA Studio 4等软件中。无论模型有多复杂，它们都会执行相同的任务，即为打印机创建一个蓝图，以在下一个阶段进行操作。
*虽然细胞通常与生物墨水混合，但也有在后期添加细胞的工作流程。
02.
生物打印中
你已经创建了模型，并将细胞与生物墨水混合——现在怎么办？这完全取决于它是基于拉基于挤出或基于光的系统。
生物打印过程：基于挤出式的系统
将装有细胞的生物墨水装入墨盒并放入打印头。在我们的BIO X系列3D生物打印机上，您可以选择不同类型的打印头，这些打印头具有适用于不同类型材料的功能。例如，我们设计了温控打印头，用于精确地维持特定温度，这对于使用胶原蛋白或GelMA等生物材料至关重要。如果您需要使用多种材料进行打印，也可以使用不同的打印头。这为生物打印结构增加了另一层复杂性，可以产生更具仿生特性和生物相关性的结果。
如果这是您第一次使用这种生物墨水进行打印，您需要调整打印参数。根据生物打印机和生物墨水的特性，您应该选择的具体打印参数可能会有所不同。通常，对于生物墨水，会提供一个生物打印协议，其中详细说明了启动参数。一旦一切准备就绪，您将要打印的培养物摆放在打印平台上，然后可以点击”开始”按钮。
根据不同型号的3D生物打印机，您可以在打印过程中进行打印参数的调整。这在首次打印特定结构或使用新的生物墨水时尤为重要，因为这可以帮助您在不必重新开始打印或浪费材料的情况下优化结果。需要注意的是，在这个阶段最好不要使用单元格，以免在未经优化的打印上浪费它们的潜力。
当打印头到达打印结束并停止移动时，打印过程就完成了。此时，需要进行交联以保持稳定并将生物打印的形状锁定在位。这可以通过多种方式来实现，最常见的方法包括光固化和离子交联。热凝胶化和酶促反应也是常用的方法。选择哪种交联方法取决于生物墨水和生物材料配方的性质。
生物打印过程：基于光的系统
每个基于光的3D生物打印系统的工作原理都有一些微小的差异。我们的无层数字光投影（DLP）生物打印机BIONOVA X的工作方式与我们的其他DLP生物打印机LUMEN X不同。然而，它们的共同之处在于，它们都利用光投影来塑造3D模型，从而实现对结构的精确重建。
使用BIONOVA X，您可以直接在孔板中打印模型。这意味着您必须为系统加载与井板数量匹配的打印探针。不是将生物墨水装入墨盒，而是将生物墨水添加到孔板的孔中。然后，您可以使用生物打印机的软件加载带有孔板的打印机，并上传要打印的模型。
LUMEN X系列生物打印机的工作原理类似于传统的逐层DLP打印机。与BIONOVA X中使用的打印探针不同，您可以将构建板连接到系统上。在这里，您也不使用墨盒。相反，您将生物墨水放在一个大桶中，然后将其安装在打印机上。
设置好生物打印机后，是时候开始了。就像它在基于挤出的生物打印机中的工作方式一样，您需要设置和优化打印参数。同样，您选择的参数取决于打印机、构造和您选择的材质。一旦模型加载到系统中并选择了参数，就可以点击“打印”按钮。
在基于光的生物打印中，一旦选定的打印参数在打印期间被锁定，您便需要注意。为了优化打印结果，通常需要在打印过程中对构建进行评估，随后更改打印参数。如果您注意到某些方面未按照您的预期工作，您也有可能在打印过程中中断操作，并进行相应的调整。这种灵活性和实时反馈可以帮助您获得最佳的生物打印成果。
结合不同的3D生物打印过程
一些应用可以受益于基于光和挤出的3D生物打印。使用哪种方法取决于要使用的材料以及所需的模型特性。一般来说，基于光的技术提供了更高的分辨率，可以创建更精细的形状，而基于挤压的生物打印与更广泛的生物材料库兼容，更适合于多材料生物打印。这两种技术可以结合在一起，通过将结构从一种打印技术转移到另一种系统中，来利用两种技术的优势。
03.
生物打印后
您的生物墨水和细胞（如果包括在内）已经打印成一个构建体，该构建体已经固化并准备好使用——接下来要做什么完全取决于您的目标。首先，您需要确定打印的质量是否符合您的预期。通常情况下，您会用细胞培养基包围打印的构建体，然后将其放入培养箱中。如果细胞嵌入在生物打印模型中，建议在打印完成后尽快提供细胞培养基以启动培养阶段。
细胞培养基就像体内的血液，通过提供新鲜的培养基，并包含不同的因子，3D生物打印的细胞模型可以成熟为正确类型的组织。一旦细胞培养完成，就可以将构建体用于您的目标。例如，您可能已经打印了皮肤，并且现在想测试您的化妆品对其的影响，这是进行动物测试的一个很好选择。或者，您可能已经将3D模型打印到孔板中，以测试各种候选药物的疗效，以更快地筛选有前景的药物。
简而言之，生物打印是如何工作的？
3D生物打印有多种工作方式，因为它会根据您计划使用的应用程序和您采用的技术而变化。大多数工作流程都遵循3D生物打印的三个基本阶段：首先，选择并准备生物墨水，以及创建适合您的应用程序的模型。其次，将生物墨水放入生物打印机的正确位置，选择打印参数并开始打印结构。第三，根据您的应用程序处理3D构建。
生物打印应用-
它们是什么？
我们无法提供确切的应用程序列表，但我们对这一事感到非常高兴。这证明生物打印、生物技术、生物学等领域都在不断发展，为科学进步提供了无限可能。在CELLINK，我们没有将这些进展保密：我们的开发人员和研究人员正努力工作，以确保不久的将来，我们的客户能够打印出完全功能的内脏器官。然而，3D生物打印只是其中的一部分。它还可以用于帮助珊瑚礁再生，大幅减少动物测试的需求，以及让制药公司通过仿生细胞培养更快速地确定有前景的候选药物。以下是一些3D生物打印应用的示例，这些应用程序不仅塑造了当今的生物打印技术，还将塑造未来的生物打印领域。
药物发现与开发
药物开发是一个昂贵、漫长且具有挑战性的过程。制造新药物需要大量的安全性评估和反复试验。尽管如今，3D生物打印还不能完全替代人体试验的必要性，但它在制药公司的药物开发早期阶段具有广泛的潜力。这是因为生物打印构建体具有生物相似性，可以用于小规模实验，产生潜在的候选药物。
在体外测试阶段，通过使用更接近生物体的模型，研究人员可以更快速地评估候选药物的疗效，从而加速确定哪些化合物值得进一步研究的过程。由于加速了这一过程，3D生物打印还有助于降低药物开发的成本。欲了解更多关于生物打印在药物发现中的应用，请点击此处。
3D细胞培养
3D细胞培养是传统细胞培养方法的杰出替代品。传统的细胞培养是在二维平面上进行的，这意味着细胞在二维空间中相互作用。通过引入第三维度，通常是通过将细胞嵌入用作细胞外基质（ECM）的生物材料中，我们允许细胞以更接近体内的方式相互作用。总之，3D细胞培养方法使研究人员能够在更自然的环境中研究细胞系统，并获取更与实际生活条件相关的数据。
3D生物打印为您提供了以传统3D细胞培养方法难以实现的方式来引导3D细胞培养的机会。这意味着您可以使用更多的分析工具和方案，以完全满足您正在进行的研究需求。
个性化再生医学
再生医学是关于增强和协助自然愈合过程，或者用以替代受损组织的功能。个性化医疗则是将医疗保健从通用性治疗转向专门针对每位病患的个体化治疗。随着我们对生物过程的理解不断深入，我们也越来越认识到个体特征的重要性，如基因组或代谢组指纹，对治疗效果的影响。
3D生物打印之所以能够实现个性化和再生医学的目标，原因非常相似。一个具体的应用示例是在个性化和再生医学领域用于角膜的生物打印。目前，多家公司和研究小组正在使用专门的生物墨水和干细胞来进行3D打印角膜。这项技术使这些实体能够以所需的特定形式打印出角膜，并准备进行移植。这有效地减少了对全球角膜捐赠的依赖，为患者提供了更为可行的治疗选择。虽然这一技术目前还没有完全普及，但我们可以很快在现实世界中看到它的广泛应用。
另一个例子是生物材料如何在再生医学和环境保护方面发挥作用。我们目前正在研究生物材料和生物打印结构的再生特性，以支持珊瑚礁的再生。例如，阿尔伯塔大学的研究人员正在研究如何使用生物打印技术制造适用于患有鼻腔病变的癌症患者的鼻软骨移植物，从而为这些患者提供更好的治疗选择。这些创新性的方法不仅在医学领域有所突破，还有望为我们的环境保护工作提供更多解决方案。
要了解更多关于3D生物打印在当今个性化和再生医学中的具体示例以及其影响领域，请浏览我们的相关资源部分，深入了解这一令人兴奋的技术如何正在改变医学和环境保护领域。
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如前所述，我们无法确定一个确切的应用程序列表，因此我们不会试图列出所有可能的应用。如果您对3D生物打印技术感兴趣，并想了解它是否适合您的需求，请随时与我们联系！
