DKSH行业洞察 | 3D生物打印如何推动生物医疗行业发展

上海2025年4月11日 /美通社/ -- 近日，大昌华嘉中国科技事业部半导体与电子及生命科学解决方案业务线总经理 (Damien Teo) 分享了行业观点，探讨了3D生物打印如何推动生物医疗行业发展。

三维（3D）生物打印是一种增材制造技术，通过逐堆叠活细胞、生物分子和生物材料来构建组织或器官等三维生物医学结构。

这项先进的3D打印技术采用由活细胞和生物材料组成的"生物墨水"（原料），用于制造类似组织的三维结构，从而模拟出人体组织或器官的复杂性。3D生物打印广泛应用于再生医学、生物组织工程以假体定制等方向的研发。

工作原理

3D生物打印过程涉及多个关键步骤，主要可分为3步，每一步都对构建可存活且具备功能的生物结构至关重要。

1.研究人员或科学家首先从供体或干细胞中提取并培养细胞，然后将其与水凝胶或其他支持细胞生长与存活的生物材料结合，形成"生物墨水"。

2.然后在生物打印机的作用下，通常采用挤出或光固化等方法，按照数字模型逐层堆叠生物墨水。

3.结构打印完成后，需要进行培养，以促进细胞生长并形成功能性组织。

3D生物打印的发展历程

从二维（2D）到三维（3D）生物打印的演变，标志着技术的飞跃式发展，彻底改变了我们对组织和器官制造的认知，并推动其在科研和医学领域的应用。

在3D生物打印出现之前，组织工程主要依赖二维细胞培养，即在培养皿或培养板等平面表面上培养细胞。这一方法对于研究细胞行为、药物测试和基础生物学研究至关重要，但也存在显著局限性。

二维细胞培养的局限性主要体现在：

1.预测能力有限：在二维培养环境中，许多细胞会随着时间推移失去其天然特性，导致基因表达和功能发生变化，无法准确模拟体内环境。

2.单层生长模式：细胞以单层方式生长，无法再现真实组织的三维微环境，进而影响细胞行为、分化及相互作用。

3.细胞间及细胞-细胞外基质（ECM）相互作用不足：真实组织依赖于细胞与其周围ECM的复杂相互作用，而二维培养无法有效模拟这一过程，限制了其在组织特异性研究中的应用价值。

4.对药物作用的敏感性较高：二维细胞培养容易对药物产生过度反应，可能导致药效和毒性测试结果失真，从而影响新药研发、药物测试及临床转化。

3D细胞培养的早期发展阶段主要通过球状体（Spheroid）的培养实现。球状体是一种三维细胞培养模型，可模拟体内组织和肿瘤的微环境。当细胞聚集并以三维结构生长时，即可形成球状体，使研究更贴近生理环境，相比传统二维培养提供生物学相关性更好的实验条件。

与二维细胞培养相比，球状体（Spheroid）具有以下优势：

• 更符合生理环境的三维结构
• 更强的细胞间及细胞-细胞外基质（ECM）相互作用
• 更高的细胞存活率和寿命
• 更准确的药物测试与疾病模型的构建

2010年代，生物打印技术取得了重大突破，使得三维组织和器官模型更加精细化和高分辨率。在这一时期，研究人员开发出能够打印多细胞结构的技术，使其在组织组织性和功能特性上更接近真实生物组织。

3D生物打印的优势

3D生物打印相比传统组织工程和医疗制造方法具有独特优势，为医学、药物研究、组织再生和个性化医疗等领域带来了革命性突破。以下是3D生物打印的关键优势：

1.更高的预测准确性：

3D生物打印能够重现真实的组织结构、自然的细胞相互作用及功能性血管网络，从而提供更精准的药物测试、更可靠的疾病模型，并推动个性化医疗的发展。

2.降低对动物模型的依赖：

通过构建类人体组织和器官模型，3D生物打印减少了对动物实验的依赖，为药物测试、疾病研究和再生医学提供了更具性和准确性的替代方案。

3.加速研究进程：

3D生物打印能够提供高度可控、可重复且符合人体生理特征的实验模型，加快药物测试、疾病研究和组织工程进程。相比传统方法，它减少了动物试验和手动细胞培养等耗时步骤，使研究结论更快速、更可靠。

4.长期成本节约：

3D生物打印降低了对动物模型的依赖，加快了研发周期，并减少了材料浪费和人工成本，从而实现长期成本节约。这些优势不仅加快了产品上市速度，还提高了药物测试的准确性和效率，同时推动个性化治疗的发展，为长期投资回报提供了保障。

3D生物打印是一项变革性的技术，在生物医学研究、药物开发和个性化医疗领域具有巨大潜力。凭借其精准、可重复且具备生理功能的组织模型构建能力，3D生物打印有望减少对动物实验的依赖、加速科研进程，并在长期内降低成本，为医疗和生命科学领域带来深远影响。

想了解更多关于3D生物打印的信息，请联系DKSH Technology大昌华嘉科技事业部。

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