3D打印技術自誕生以來，應用領域不斷擴大，給人們(men) 帶來了許多驚喜。細胞3D打印，就是其中相當耀眼的部分。
01 為(wei) 何細胞需要3D打印
我們(men) 知道，細胞是生物體(ti) 基本的結構和功能單位。已知除病毒之外的所有生物均由細胞所組成，而病毒生命活動也必須在細胞中才能體(ti) 現。人體(ti) 由單個(ge) 受精卵經過複雜的網絡化調控和特定的時間跨度發育而來，細胞經過分化形成了許多形態、結構和功能不同的細胞群。許多形態相似的細胞及細胞間質構成組織。組織按一定的次序聯合起來，形成具有一定功能的結構，即是器官。數個(ge) 器官有序地連接起來，共同完成一項或幾項生理活動，就構成了人體(ti) 係統。

圖1 3D打印技術原理示意圖
3D打印又稱快速成型、增材製造。它是一種以數字模型文件為(wei) 基礎，基於(yu) “離散-堆積”原理，運用各種具有一定粘合能力的材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體(ti) 的技術。3D打印技術具有“所見即所得”、成形與(yu) 製備一體(ti) 化、短流程現場製造、自動化和高柔性等特征，特別適合構建個(ge) 性化和結構複雜的物體(ti) 。
由於(yu) 人類個(ge) 體(ti) 之間的差異性（也稱為(wei) 個(ge) 性化）、人類組織和器官解剖結構的複雜性，將3D打印技術應用於(yu) 構建活性的人體(ti) 組織和器官，就成為(wei) 了必然趨勢。細胞3D打印技術是上世紀末以來“醫工結合”的一個(ge) 結晶——生物學是研究生物的結構、功能、發生和發展規律的科學，其目的是闡明生命活動的原理和調控因素，為(wei) 醫學健康等領域服務；而工程學是將科學知識或技術的發展應用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) ，以達到改造自然目的的手段和方法。正是兩(liang) 者的碰撞和交叉，使得細胞3D打印技術成為(wei) 可能，並快速發展。
02 如何進行細胞3D打印
細胞3D打印，是以活的細胞（或幹細胞）為(wei) 基本構建單元，輔助以生物材料（也稱為(wei) 生物墨水），在仿生原理和發育生物學原理的指導下，按照預先設計好的計算機模型，通過3D打印技術將細胞/生物材料/生長因子等物質放置在特定的空間位置，並通過層層粘接形成所要求的三維結構體(ti) 。該結構體(ti) 可在體(ti) 外長期培養(yang) ，並在合適的培養(yang) 液和流體(ti) 條件下，讓細胞在三維環境中增殖和分化。伴隨著人工組織的逐漸生長、發育和成熟，能夠形成具有生理功能的人工組織和器官。
這些人工結構體(ti) 可以用於(yu) 在體(ti) 外進行藥物檢測、生物學研究、疾病發生規律探索等研究，而且我們(men) 還可將結構體(ti) 進行體(ti) 內(nei) 移植，以修複、替代和維持病損組織的功能。

圖2 細胞打印工藝原理和設備實物圖
相對於(yu) 常用的3D打印材料（如塑料、金屬、陶瓷等），細胞是極其脆弱的活性物質，需要生活在溫度、滲透壓、PH、氣體(ti) 等嚴(yan) 格控製的無菌環境下。這也是細胞3D打印技術的難點問題和本質特征之一。
在過去不到20年的研究時間裏，清華大學、哈佛大學、MIT等多所大學和研究機構開發了多種細胞打印技術，根據使能方式的不同可分為(wei) 四大類：微滴噴墨技術、擠出式生物繪圖技術、激光輔助細胞打印、立體(ti) 光刻細胞打印（如圖2所示）。這些技術各有其獨特優(you) 勢、局限性以及適用範圍，人們(men) 可以需要根據具體(ti) 情況和需求選擇合適的技術。
03展望未來
近年來年，細胞3D打印技術相關(guan) 研究呈現爆發式增長趨勢。目前已有利用細胞3D打印技術構建人體(ti) 軟骨、皮膚、肌肉、血管、心肌、肺、神經等組織的報道，但目前都還處在實驗室研究階段。令研究者們(men) 更為(wei) 振奮的是，如今國內(nei) 外已出現多家細胞3D打印設備生產(chan) 廠家，代表性企業(ye) 包括中國捷諾飛生物科技股份有限公司、德國Envision TEC公司、瑞士Regen Hu公司等。其中我國捷諾飛公司以其打印同步成像反饋控製技術、高保真打印技術等關(guan) 鍵核心技術創新得到了科研與(yu) 產(chan) 業(ye) 界的廣泛認可，占據了國內(nei) 50%以上市場，產(chan) 品遠銷海外。
總體(ti) 來說，細胞3D打印研究目前正處於(yu) 技術積累和真正服務於(yu) 人民健康的臨(lin) 界點。隨著大量實驗室研究的不斷湧現，人工結構體(ti) 的生物功能、批量化穩定生產(chan) 、全流程多環節質量控製，以及相應法製法規的出台和完善都將是下一個(ge) 十年的重要命題。有理由相信，在不久的將來，細胞3D打印機將成為(wei) 生物實驗室的常規設備，而高度仿生的工程化人體(ti) 組織和器官，也將為(wei) 人類“器官再生”的夢想奠定重要基石。