供稿人:王慧超 连芩 发布日期：2018-03-01
挤压式生物打印作为一种迅速发展的技术在近十年取得了实质性进展，由于它的多功能性、成本低廉以及可以打印多孔结构，挤压式生物打印在世界范围内被研究者广泛使用，这项技术在从基础研究到临床中被广泛用于打印各种细胞、组织、组织结构、器官和微流体设备等生物制品方面。利用多种方式的挤压式生物打印技术，已经设计制造出了相当多种类的组织结构，例如骨、软骨、血管、皮肤、肝脏、心脏等。
挤压式生物打印装置由流体供给系统和自动压出打印系统两部分组成（图1）。由电脑控制的沉积系统将“生物墨水”打印成形，细胞被精确地封装在三维结构中。这种技术制造的产品具有很好的结构完整性。
图1. 挤压式生物打印系统: (A) 气动微挤压装置包括 (A1)无阀型和（A2）有阀型，（B）机械微挤压装置包括（B1）活塞驱动和（B2）螺杆驱动，（C）螺线管微挤压装置。
挤压式生物打印的“墨水”多种多样，几种“墨水”在图2中展示。打印“墨水”多样性的原因有：喷嘴直径可达到较大尺寸、可在易散的液体输送介质中沉积小模块、喷嘴设计比较灵活、“墨水”可以为近固态。
图2. 挤压式生物打印中的不同类型生物“墨水”：（A）细胞装载在水凝胶中打印，（B）细胞在微载体聚合物上，（C）由细胞和细胞外基质组成的组织球体，（D）喷嘴里的细胞团，（E）组织束（tissue strands）和（F）去细胞外基质（dECM）。
挤压式生物打印技术与其他生物打印技术相比它的优点有：打印物品的延展性好、设备价格低廉、“生物墨水”多种多样、可打印高浓度细胞溶液，生物相容性好、容易上手操作，最重要的是可以打印解剖学意义上的多孔结构。它也有一些缺点：打印精度有限、打印材料在喷嘴壁上的剪切力会减小细胞存活的数量、打印过程影响细胞活性、打印后细胞面临脱水及缺少营养问题。
关于血管化组织制造方面，在现有技术条件下，在亚微米尺度打印毛细血管结构是非常困难的。一种替代方法是打印宏观血管然后期望毛细血管的自然形成；另一种替代方法是使用热致解交联材料打印，然后去除多余材料，只剩血管结构。Khademhosseini团队、Dai团队、Lewis团队、Chen团队正在研究使用可消失“墨水”打印血管结构。在研究中，他们使用细胞混合水凝胶做基体材料，打印的血管结构可以增加细胞活性，距离血管远近的细胞有明显的差异。他们的研究表明，创造一个管腔表面覆盖着内皮细胞的血管通道，可以促进血浆蛋白和葡聚糖分子的扩散。
挤压式生物打印的发展和应用前景主要集中于：新型生物打印材料、高分辨率和全自动化打印系统、原位生物打印、介导基因治疗、组织和器官以及新型器官的生物打印。