3D打印組織/器官技術(shù)的問題和技術(shù)制約

3D 組織/器官打印技術(shù)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(zhì)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(gòu)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(nèi)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(nèi)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(zhì)、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(gòu)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(jié)構(gòu)，不能在打印后出現(xiàn)溶解或坍塌。
C.打印的構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)和微環(huán)境。
D.構(gòu)建的組織/ 器官的再血管化問題也非常關(guān)鍵，它是構(gòu)建組織/器官成活的關(guān)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。