综述：3D生物打印：当前技术在组织与器官再生领域的应用及未来前景

《Future Journal of Pharmaceutical Sciences》：3D bioprinting: current status and future prospects in tissue and organ regeneration

　　摘要
三维（3D）生物打印技术已成为组织工程和再生医学领域的一项变革性技术，为复杂生物结构的制造提供了创新的解决方案。通过使用由活细胞和生物材料组成的生物墨水，3D生物打印能够实现功能组织和器官的精确层状构建。本综述探讨了最新的生物打印技术进展，包括基于喷墨、挤压、激光辅助和立体光刻的方法。文中讨论了用于生物打印的关键生物材料，如水凝胶、天然和合成聚合物以及复合材料，并分析了它们的生物相容性和机械性能。文章还考察了3D生物打印在组织再生、伤口愈合、药物测试和器官移植中的应用，强调了其在解决 donor 器官短缺问题方面的潜力。尽管具有多种优势，但诸如血管化、细胞存活率、可扩展性和监管障碍等挑战仍然是临床应用的重要障碍。此外，还探讨了3D生物打印的未来发展方向，包括与人工智能、先进生物墨水的整合以及个性化医疗方法的应用。本文全面概述了3D生物打印的现状和前景，强调了其在生物医学科学中的变革潜力。

引言
随着对器官移植和组织修复需求的增加，以及供体器官的不足，医疗保健领域面临着严峻挑战。虽然器官移植是治疗终末期器官衰竭的最佳方法，但由于供体数量有限，每年仍有数千名患者不得不等待合适的器官。这种供需之间的差距凸显了一个亟待解决的临床问题。器官采购和移植网络指出：“每年都有数千名患者在等待合适器官的过程中去世”[1, 2]。传统的组织工程、异种移植和再生医学方法仅能提供部分解决方案[3]。相比之下，三维（3D）生物打印技术通过将活细胞和生物材料精确沉积到预定结构中，实现了患者特异性组织和器官的制造，这一精确的空间控制能力相较于传统制造方法具有显著优势。此外，该技术在再生医学、个性化治疗和药物筛选领域具有巨大潜力，并能提供以前无法实现的可复制、可定制和可扩展的解决方案。

组织工程一直依赖于基于支架的策略来培养和维持三维结构中的细胞。尽管基于支架的方法在质量上有所帮助，但它们往往无法达到复杂组织所需的微观结构和血管复杂性[4, 5]。组织生物学中的一个工程问题是确保足够的血管化，因为在厚组织中氧气和营养物质的供应常常受到限制。没有血管化，工程化组织无法在距离表面数百微米以外的地方维持细胞存活，这成为临床应用的一个重要瓶颈。3D生物打印技术通过精确地按顺序放置细胞、生长因子和生物材料，解决了这一问题，从而促进了先进功能性血管组织的构建[6, 7, 8]。

近年来，干细胞生物墨水的进步（如诱导多能干细胞（iPSC）生物墨水）使得打印患者特异性组织成为可能，这些墨水需要具备精确性和再生能力。此外，生物墨水、打印分辨率和多材料打印技术的进步也促进了这一发展[9, 10]。计算建模和人工智能（AI）的整合进一步自动化了复杂组织结构的开发，并优化了生物打印参数，代表了新一代数据驱动的生物制造策略，提高了生物打印后细胞的存活率和组织的成熟度[11]。尽管取得了显著进展，目前的组织工程和基于支架的方法在模拟复杂组织微观结构、实现充分血管化以及支持大规模功能性组织构建方面仍存在局限，这是临床应用的主要瓶颈之一。本文是首批关注3D生物打印技术最新进展的综述之一，包括新型生物墨水配方、多材料/多细胞打印协议以及计算建模和AI驱动的优化。综述详细评估了当前的技术水平，并强调了应对现有局限性的新兴解决方案，特别关注了最近的技术创新、生物墨水技术及其在再生医学中的重要性和应用潜力。

3D生物打印技术的演变
3D生物打印技术的演变源于传统3D打印技术，后者在制造业中得到广泛应用。与传统3D打印惰性材料不同，生物打印技术结合了活细胞和生物材料（如生物墨水），以创建功能性组织结构，这使得生物打印在生物系统中具有特殊的应用价值。过去二十年里，由于3D打印技术的进步，生物制造领域取得了显著发展，使其在生物应用中变得至关重要[12]。最初的生物打印尝试主要是利用机器人自动分配含有细胞的胶原凝胶，以模仿三维细胞外基质微环境。然而，最近的发展大大扩展了3D生物打印的能力，包括多细胞、血管化、生物体级别的结构[13]。生物打印技术逐渐分化为多种形式，如基于喷墨、挤压、激光辅助和立体光刻的生物打印。就分辨率而言，基于喷墨的生物打印技术处于领先地位，因为它采用的原理与喷墨打印机相同，能够在高分辨率设置下精确放置生物墨水和细胞/生物分子。基于挤压的生物打印技术是最受欢迎的技术之一，能够精确控制高粘度生物墨水的沉积，从而构建复杂组织结构[14]。基于立体光刻的生物打印技术由于能够使用光固化生物墨水制造复杂的三维结构，因此能够开发出详细的血管网络和其他复杂生物系统[15]。激光辅助生物打印技术非常适合精确放置细胞，尤其在无机械应力的情况下进行细胞图案化[15]。由于生物材料和生物墨水的进步，从简单的生物打印结构过渡到功能性组织变得越来越可行。专为细胞封装设计的水凝胶生物墨水已经发展为现代生物墨水，这些墨水包含多种天然和合成材料（如海藻酸盐、明胶、纤维蛋白、聚乙二醇（PEG）甚至去细胞化细胞外基质（dECM）成分，从而增强了打印组织的生物和机械性能。此外，梯度生物墨水和多材料打印技术使得重建与天然器官结构高度相似的异质组织成为可能[16]。为了提高准确性和可重复性，现有的生物打印策略中整合了自动化、实时成像和AI技术。AI被用于优化细胞存活率、预测生物打印结果并改进打印参数，从而提升了生物制造过程[17]。最近在内皮细胞共打印血管化技术和自组装毛细血管网络制造方面的进步解决了生物打印组织的关键挑战，即长期功能所需的氧气和其他必需营养物质的供应问题。总体而言，这些发展为3D生物打印组织和器官的持续发展奠定了基础，当前的研究重点在于提高可扩展性、组织的生物相容性以及简化医学应用的监管审批流程[18, 19]。

基于传统3D打印技术，3D生物打印已从简单的含细胞水凝胶结构发展到更复杂的多细胞、血管化和特定器官组织[20]。因此，与传统组织工程技术相比，3D生物打印具有独特的优势，如患者特异性定制、对复杂组织结构的精确控制以及可扩展的组织制造能力。所有这些特点将改善临床效果并降低免疫排斥风险[20, 21, 22]。这一新的时间线发展展示了传统工业3D打印向更复杂生物打印技术的快速演变，使读者能够清楚区分这两种方法，并认识到生物打印对再生医学的原始贡献。此外，人工智能、机器学习和纳米技术的整合也促进了高效的过程监控、优化和生物制造。3D生物打印技术的时间线发展如图1所示。

图1
图1展示了3D生物打印技术的发展历程，涵盖了自1984年以来的重要进展，包括立体光刻（SLA）和熔融沉积建模（FDM）的发明，以及早期的细胞打印和无支架组织构建示例。后续的发展涉及血管组织工程策略的进一步进步、共轴生物打印、基于数字光处理的生物打印、集成器官打印和多材料生物制造系统（如芯片上的器官系统）以及4D/5D生物打印新技术。时间线清晰区分了传统3D打印技术和生物打印技术的进步，反映了生物打印的潜在机会。

3D生物打印的原理和技术
基于喷墨的生物打印技术
利用喷墨打印技术，可以通过非接触式的生物制造过程精确制造包含细胞的复杂生物组织。该技术主要基于两种原理：热驱动和压电驱动。在热驱动的喷墨生物打印中，系统内的微型加热器快速加热生物墨水，产生气泡并从喷嘴中以液滴形式喷出。随后的快速冷却可以保持生物墨水的部分加热状态，但过度加热会消耗热量，这对细胞和生物墨水不利[23]。相比之下，压电驱动的喷墨生物打印利用压电晶体的膨胀效应，在没有热影响的情况下产生压力脉冲，从而实现液滴喷射并确保细胞存活。这种类型的打印分辨率非常高，因为它可以喷射皮摩尔到纳升量的生物墨水，从而在分子构建过程中实现高精度。无接触式的操作方式还减少了污染的可能性，增加了该技术在生物制造中的应用价值。由于使用了现有的喷墨打印机技术，这种生物制造方式还具有成本效益。然而，喷墨生物打印存在一些问题，如生物墨水的粘度限制（高粘度墨水可能堵塞喷嘴），以及与液滴喷射相关的剪切应力可能影响细胞存活率。研究表明，严重剪切应力会显著降低细胞存活率，但不同细胞类型的受影响程度不同。通过改进生物墨水配方、喷嘴设计和监控系统，已克服了一些关键问题，提高了喷墨生物打印在组织工程和再生医学中的有效性和可用性[24]。

基于挤压的生物打印
在组织工程中最广泛使用的方法是基于挤压的生物打印，该方法通过连续沉积含有活细胞和生物材料的生物墨水来创建三维（3D）结构[25]。该技术的可扩展性和适应性使其特别适用于大型组织结构的开发。挤压过程的驱动机制多种多样，可以采用气动、活塞或螺杆驱动系统，每种系统都能对沉积参数提供独特的控制。在气动系统中，生物墨水通过压缩空气从喷嘴中喷出；而在活塞驱动系统中，则利用机械力挤压生物墨水。螺杆驱动系统通过控制螺杆的旋转来调节生物墨水的流动，从而实现对挤出速率的精确控制[26]。生物墨水的特性，包括其流变学特性、交联潜能以及生物学特性，对于基于挤出的生物打印技术的成功至关重要。成功挤出的一项主要要求是在挤出后保持形状的准确性，这得益于生物墨水在剪切应力下的剪切稀释行为，即粘度的降低[27]。此外，用于生物墨水的交联方法（无论是物理的还是化学的）对于保证打印结构的稳定性和机械完整性也非常重要。随着复合水凝胶和去细胞外基质结构的生物墨水配方的进步，基于挤出的生物打印技术的功能得到了扩展，使得制造复杂的多细胞组织结构成为可能[28]。

激光辅助生物打印是一种先进的生物制造方法，它利用激光诱导的前向转移（LIFT）技术，将含有生物材料和活细胞的生物墨水精确地沉积到接收基材上[29]。该过程包括将脉冲激光束聚焦到施加了薄层生物墨水的供体载玻片上。通过利用激光能量产生高压气泡，将不同的生物墨水滴推送到基材上，可以创建具有高空间分辨率的复杂三维（3D）组织结构。由于这种无喷嘴、非接触式的技术在细胞沉积过程中减少了剪切应力，因此能够维持细胞的存活率和功能性。激光辅助生物打印在多个方面优于传统的生物打印方法：它可以处理高粘度的生物墨水，并能够将细胞精确放置到所需位置，甚至单个细胞；此外，它可以实现高达每毫升1亿个细胞的高细胞密度，这对于制造固体组织结构是必要的[30]。该技术快速的打印速度使其能够每秒处理多达10,000个滴丸，进一步增强了其构建复杂组织形状的能力。然而，激光辅助生物打印需要特殊的工具（如供体载玻片的准备和精确的激光系统），这使得操作更加复杂且成本更高。为了确保打印过程的重复性和保持细胞的存活，必须精细调节激光功率、生物墨水厚度和层厚度等参数[31]。

基于立体光刻的生物打印（SLA）是一种先进的增材制造技术，它通过使用光逐层选择性固化光敏材料来构建3D结构。这一过程从计算机辅助设计（CAD）模型开始，该模型被数字切片成薄层。每一层都通过将液态光敏树脂的特定区域暴露在聚焦光源（如紫外线或可见光）下来进行固化，从而引发光聚合反应，将液态树脂转化为固态聚合物。这种逐层的方法能够实现高精度和高分辨率的复杂几何形状的制造，使得SLA特别适合于创建复杂的组织工程结构[32]。SLA生物打印的一个显著优势是它能够生产出具有精细特征细节和光滑表面质量的结构，这对于软骨和眼组织再生等应用至关重要。SLA的精度使得能够精确复制天然组织中的复杂结构，从而提升了工程构造的功能性和整合性。然而，在开发支持细胞在打印过程中及之后存活和增殖的生物相容性和可降解的光敏聚合物材料方面仍存在挑战。目前的研究集中在开发新型生物墨水和优化工艺参数上，以提高SLA制造的组织结构的生物性能[33, 34]。图2展示了3D生物打印技术的概述，表1列出了各种3D生物打印技术的原理、使用的生物墨水、优势和局限性以及应用情况。

尽管基于喷墨、挤出、激光辅助和立体光刻的生物打印技术具有巨大潜力，但它们的适用性很大程度上取决于生物墨水的特性和预期的生物医学应用[32]。喷墨生物打印支持高打印精度（20–100微米）、超过85%的高细胞存活率，以及快速沉积软组织结构和药物筛选模型。然而，它只能用于低粘度的生物墨水，机械强度较弱，且可扩展性中等，限制了其在承重结构中的应用[23, 24]。相比之下，基于挤出的生物打印能够处理高粘度和高细胞密度的生物墨水，从而制造出如软骨和骨骼这样的机械强度较高的组织。它的分辨率范围为100–300微米，细胞存活率为40–80%，具有较高的可扩展性，尽管剪切应力可能会降低细胞存活率[26, 27]。激光辅助生物打印提供了出色的空间精度（10–50微米）和超过90%的细胞存活率，且没有喷嘴引起的剪切应力，非常适合复杂的细胞图案化。但由于成本高昂和技术复杂性，其临床应用受到限制[29, 30]。立体光刻的分辨率更高（10–100微米），细胞存活率也较高，并且结构保真度高，但由于可光固化的生物墨种类有限、可能存在光毒性以及可扩展性中等，因此其应用也受到限制[31]。就材料选择而言，天然生物墨水（如胶原蛋白、明胶和海藻酸盐）具有优异的生物相容性，但机械强度不足。天然/合成混合生物墨水在打印性、机械稳定性和细胞功能性之间取得了平衡，提高了生物打印组织在组织类型中的临床应用效果[26, 27, 29]。

在制备3D生物打印配方时，通常需要遵循几个步骤，包括生物墨水的配制、细胞的引入、打印过程的优化、交联或固化以及打印后的成熟[1, 35, 36, 37]。首先将天然、合成或复合生物材料溶解在适当的溶剂或缓冲溶液中，然后进行流变学处理，以达到所选打印方法所需的粘度、剪切稀释性和打印性能[36, 37]。在可光固化系统中还会添加光引发剂，以促进立体光刻或数字光处理生物打印中的快速交联。随后，在无菌条件下将活细胞均匀地封装在生物墨水中，控制细胞密度，以确保打印后的均匀分布和高存活率[35, 38]。含有细胞的生物墨水随后被加载到生物打印机中，根据预先设计的计算机辅助（CAD）模型逐层沉积。通过精细调节喷嘴直径、挤出压力、打印速度、温度和光照等关键打印参数，尽可能避免基于剪切的细胞损伤并保持细胞活性[37, 38, 39]。打印后，这些构造通过物理、化学或光交联的方式进一步处理，以提高机械完整性和形状准确性。交联方式可以是离子交联（如海藻酸盐与Ca2+的交联）、光聚合（GelMA与紫外线/可见光的结合和光引发剂）、热交联（明胶固化）以及酶促交联（转谷氨酰胺酶介导的结合）。打印后，通过培养基孵育、机械刺激和使用生物反应器进行处理，以促进细胞外基质的沉积、细胞分化和组织工程功能的实现。这些交联和打印后的稳定化策略，加上严格的无菌协议，有助于生产出结构稳固、生物活性强且可重复的3D生物打印构造，从而增加了它们在组织工程和再生医学中的应用。

3D生物打印配方，尤其是在制药科学领域，需要多方面的分析表征，包括机械、物理化学和生物学分析，以确保其质量、安全性和治疗效果。这种全面的表征在高技术药物递送（3D打印剂型）方面尤为重要，因为它允许根据对剂型几何形状、内部结构和药物释放动力学的精确控制来实现个性化医疗[40, 41, 42]。由于这些高技术系统旨在提供个性化的治疗结果，因此需要对系统的结构、材料和生物特性进行系统性的审查，以保证重复性、性能和符合法规要求。

机械表征是确定3D配方完整性和功能行为的关键步骤，特别是对于口服固体剂型（OSDF），这些剂型必须能够承受制造、包装、运输和给药过程中的应力[43]。通过评估材料的拉伸强度和压缩强度等机械性能，可以了解材料在受力情况下的断裂或变形倾向。例如，根据配方成分的不同，3D打印的聚乳酸/双相磷酸钙复合材料的拉伸和压缩性能优于纯聚乳酸。同样，3D打印的甘醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETG）的机械性能也高度依赖于打印条件和环境因素，这些因素最终决定了其是否适用于制药应用[44, 45]。另一个重要的参数是弯曲模量，即材料的刚度和抗弯曲能力。研究显示，在热熔挤出和熔融沉积建模（FDM）中使用羟乙基纤维素（HEC）等级的丝材时，其机械性能对最终打印剂型的弯曲响应有显著影响[46]。硬度测试通常借助纹理分析进行，可以了解材料的局部塑性变形抵抗能力，并使用力-变形曲线来确定硬度、脆性和弹性等制药性能[43]。脆性和侵蚀测试还评估了剂型对磨损的抵抗能力以及溶解过程中的结构完整性，这两者都与药物释放行为密切相关[40]。此外，X射线微焦点计算机断层扫描（micro-CT）是一种有效的非破坏性方法，可以高分辨率地观察内部孔隙结构、填充模式和整体结构完整性，并将其与打印参数、机械强度和药物释放性能相关联[47]。

物理化学表征旨在评估材料和药物的属性，这些属性决定了药物的稳定性、剂量准确性以及预定药物释放情况。通常使用扫描电子显微镜（SEM）、光学轮廓仪和微CT等技术来研究尺寸精度和表面形态，其中SEM用于确定表面地形，微CT用于确定内部尺寸和孔隙分布[47]。使用X射线粉末衍射（XRPD）和差示扫描量热法（DSC）进行固态表征，以确定活性药物成分（APIs）和辅料的结晶度和多晶型稳定性，因为多晶型转变会显著影响溶解度、溶解速率和生物利用度。近红外（NIR）和拉曼光谱已被用于选择性激光烧结（SLS）基3D打印中，以评估非晶态固体的形成，其中加工条件对固态属性有显著影响[48]。3D打印基质中的药物和成分分布通常通过拉曼映射、傅里叶变换红外（FTIR）光谱和高性能液相色谱（HPLC）进行评估[49]。水分含量通常通过Karl Fischer滴定法测定，对于化学稳定性和保质期非常重要[40]。在依赖挤出的3D打印方法中，尤其是FDM和半固态挤出（SSE），流变学表征尤为重要，因为其他关键因素（如粘度和粘弹性行为）直接影晌打印性能和剂型质量。流变稳定性已被证明对SSE打印的奥曲肽醋酸酯制剂的控制释放具有重要影响，而乳液和凝胶基系统则依赖于优化的流变学来保持一致的片剂性能[49, 50]。评估3D打印口服剂型释放动力学以及调整即时释放或控释曲线的基本方法是在体外进行药物释放测试。这些研究在USP装置I–IV上进行，并通过UV–可见光谱或在沉降和非沉降条件下进行HPLC分析[51, 52]。

为了确定3D药物制剂的安全性和体内性能，需要进行生物学评估，这通常符合国际标准（如ISO 10993系列）。体外细胞兼容性测试（包括MTT、XTT或resazurin还原等代谢活性测试）是常用的方法，用于确定制剂成分的潜在细胞毒性，细胞存活阈值常用于定义生物相容性[53]。对于用于黏膜或经黏膜递送的制剂，通常通过测量细胞培养模型（如Caco-2单层细胞）的跨上皮电阻（TEER）来评估上皮屏障的完整性。这种方法已被应用于评估半固态挤出打印的奥曲肽醋酸酯制剂[49]。此外，当将纳米粒子等功能性成分纳入3D打印的药物输送系统中以实现抗菌或靶向输送时，应对其整体进行机械和生物学测试，以确保安全性和有效性。这些例子包括3D打印的抗真菌输送系统和尼索醇凝胶配方[54]。除了传统的分析方法外，越来越多的先进表征技术被用来更好地理解和深入研究复杂的3D药物剂型。核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）能够实时可视化3D打印剂型中的质量传输和界面过程，并已用于研究奥曲肽负载系统和依诺肝素[49, 52, 55]的稳定性。圆二色光谱可以用来确定肽和蛋白质在加工和释放过程中的结构稳定性，而拉曼光谱可以用来追踪打印材料中药物和赋形剂的位置，以识别打印样品中的异质性或相分离[48, 52]。随着3D打印技术（特别是熔融沉积建模、数字光处理和半固态挤出）的不断发展，优化表征策略对于保持产品质量、获得监管机构的认可以及临床可靠性至关重要。这种综合表征方法对于验证复杂几何形状和个性化的药物释放过程非常有用，尤其对儿童和老年患者的个性化治疗具有特殊价值[56]。

在3D生物打印中使用的生物材料

**水凝胶**
水凝胶是由亲水性聚合物形成的三维网络，能够保持大量的水分，与天然的细胞外基质（ECM）非常相似。这一特性使得它们特别适合作为3D生物打印应用中的生物墨水，尤其在组织工程和再生医学领域[57]。它们高含水量提供的湿润环境支持细胞的存活、增殖和分化，这对于功能性组织结构的发育至关重要。此外，水凝胶可调的机械性能和生物相容性使得可以定制支架以满足特定组织的需求，从而增强了其在各种生物医学领域的应用性[58]。水凝胶的多功能性使其能够结合各种生化信号和生长因子，从而模拟天然ECM的生化和物理特性。这种适应性对于指导细胞行为（如粘附、迁移和分化）至关重要，这些行为对组织发育和修复至关重要。此外，水凝胶可以被设计成具有与组织再生时间线相匹配的特定降解速率，确保支架在组织形成的初始阶段提供支持，并在新组织成熟时逐渐降解[59]。尽管有这些优势，但在优化水凝胶基生物墨水的可打印性和机械稳定性方面仍存在挑战。目前的研究重点在于改善水凝胶的流变特性，以提高生物打印过程中的可打印性和结构保真度，以及开发既能保持支架完整性又能提供细胞友好环境的交联策略[60]。

**天然聚合物**
像胶原蛋白、纤维蛋白和海藻酸盐这样的天然聚合物由于其固有的生物相容性和模仿细胞外基质（ECM）的能力，在生物打印应用中得到广泛应用，从而促进细胞粘附、增殖和分化。胶原蛋白是ECM中最丰富的结构蛋白，为组织提供机械强度和结构完整性。其在生物打印中的使用可以制造出与天然组织结构高度相似的支架，促进对组织再生至关重要的细胞活动。然而，胶原蛋白的低粘度对其可打印性和结构稳定性提出了挑战。为了解决这个问题，通常将其与其他聚合物结合或进行化学修饰，以改善其流变特性，使其更适合生物打印应用[61, 62]。纤维蛋白是另一种天然聚合物，在伤口愈合和组织修复过程中起着关键作用。它的快速凝胶化和良好的细胞相互作用特性使其成为有吸引力的生物墨水成分。基于纤维蛋白的生物墨水支持细胞封装和增殖，有助于形成血管化组织。然而，纤维蛋白的机械强度较低，因此需要与其他材料混合使用以改善打印结构的完整性[63, 64]。海藻酸盐来自褐藻，由于其通过离子交联与二价阳离子（如钙）的温和凝胶化过程而在生物打印中得到广泛应用。这一特性允许在打印过程中封装活细胞，保持高细胞存活率。然而，海藻酸盐缺乏天然的细胞粘附位点，这可能会限制细胞相互作用和组织整合。为了解决这个问题，通常会对海藻酸盐进行修饰或与胶原蛋白或纤维蛋白等其他ECM成分结合，以增强其生物活性并支持细胞附着和功能[65]。这些天然聚合物在生物打印中的集成显示出了制造功能性组织结构的巨大潜力。当前的研究重点在于优化它们的配方和组合，以提高可打印性、机械性能和生物性能，从而推动用于再生医学应用的工程组织的开发[66]。

**合成聚合物**
聚己内酯（PCL）和聚乙二醇（PEG）等合成聚合物在生物打印中得到广泛应用，以增强打印结构的机械稳定性和定制降解特性。PCL是一种可降解的聚酯，以其优异的机械性能和缓慢的降解速率而闻名，适用于组织工程中的承重应用。其低熔点便于加工和3D打印，可以制造出支持细胞附着和增殖的精确结构支架[46]。PEG是一种亲水性聚合物，常被加入支架配方中以提高弹性和柔韧性，这对软组织工程应用有益。然而，PEG水凝胶单独使用时可能缺乏足够的机械强度。为了解决这个问题，已经开发了结合PCL和PEG的共聚物，以利用PCL的机械强度和PEG的亲水性[67]。这些共聚物表现出可调的机械性能和降解速率，成为制造模拟天然细胞外基质的理想选择。通过调整PCL和PEG的比例，研究人员可以微调支架的机械强度、弹性和降解速率，为开发功能性组织结构提供灵活的平台[68]。

**复合生物材料**
结合天然和合成成分的复合生物材料成为组织工程领域的重大进展。通过结合天然材料的生物相容性和生物活性与合成聚合物的机械强度和可调性能，这些复合材料提供了适合多种生物医学应用的高级功能。天然聚合物（如胶原蛋白、明胶和透明质酸）以其优异的细胞粘附特性和生物识别能力而闻名，这些特性促进了组织再生所必需的细胞活动[69]。然而，它们的应用常常受到机械强度不足和快速降解速率的限制。相比之下，像聚己内酯（PCL）和聚乙二醇（PEG）这样的合成聚合物提供了理想的机械性能和可控的降解速率，但可能缺乏固有的生物活性。将这些材料战略性地结合使用可以创造出不仅模拟细胞外基质的结构和功能方面，还具有必要机械完整性的复合支架[70]。例如，将羟基磷灰石纳米粒子加入天然-合成聚合物基质中已被证明可以增强骨传导性和机械强度，使其适用于骨组织工程应用。同样，由天然聚合物和合成成分组成的混合水凝胶展示了改进的弹性和降解特性，这对于软组织工程至关重要[71]。这些复合生物材料的发展使得可以根据特定组织工程要求定制支架性能，从而促进具有更好整合性和持久性的功能性组织结构的创建[72]。表2列出了3D生物打印中常用的生物材料。

**3D生物打印的应用**
**皮肤和伤口愈合**
3D生物打印革新了再生医学领域，特别是在开发用于伤口愈合的皮肤替代品方面。这项技术能够精确制造出与天然皮肤复杂结构高度相似的皮肤结构，为广泛烧伤、慢性伤口和其他皮肤损伤患者提供有希望的解决方案[88]。3D生物打印皮肤的过程涉及逐层沉积由活细胞和生物材料组成的生物墨水，以创建复制表皮和真皮层的结构。由于胶原蛋白和明胶等天然聚合物具有出色的生物相容性和支持细胞粘附及增殖的能力，因此被广泛使用。将这些生物墨水中加入患者自身的细胞（如角质形成细胞和成纤维细胞）可以增强打印皮肤结构的整合性和功能性，从而改善愈合效果[89]。3D生物打印皮肤的一个显著优势是它能够提供个性化的治疗选择。通过使用患者自身的细胞，可以最小化免疫排斥的风险，并加速愈合过程。此外，生物打印技术提供的精确控制允许根据特定伤口的形状和大小定制移植片，确保更好的覆盖和美观效果[90]。最近的研究还集中在增强生物打印皮肤的血管化上。充足的血液供应对移植组织的存活和功能至关重要。创新方法（如在生物墨水中加入内皮细胞或血管生成因子）已被探索，以促进生物打印皮肤内功能性血管的形成，从而改善伤口部位的营养和氧气供应[91]。尽管有这些有希望的发展，但在将3D生物打印皮肤从实验室转移到临床应用仍面临挑战。需要解决诸如确保结构的机械稳定性、实现全层皮肤复制以及扩大生产规模等问题。正在进行的研究旨在克服这些障碍，最终目标是为需要的患者提供有效且易于获得的生物打印皮肤移植片[92]。

**软骨和骨骼再生**
3D生物打印已成为骨科组织工程中的变革性技术，能够精确制造出适用于再生应用的软骨和骨骼结构（见图3）。这种方法允许创建复杂、针对患者个体化的支架，这些支架密切模仿肌肉骨骼组织的天然结构和功能。在软骨再生中，3D生物打印使得能够开发出复制关节软骨区域组织的结构，这对于恢复关节功能和缓解与软骨缺陷相关的疼痛至关重要[93]。通过使用由细胞和生物材料组成的生物墨水，研究人员可以制造出支持软骨细胞增殖和细胞外基质沉积的支架，从而形成类似透明软骨的组织。然而，实现足够的机械强度和促进与周围组织的整合仍然是活跃的研究领域。图3展示了使用3D生物打印进行骨骼和软骨再生的方法示意图。该过程首先通过计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）进行个体化成像，以定位骨骼中的缺陷（包括骨折或骨关节炎）。根据成像数据，进行细胞整合和生物墨水制备，然后借助3D生物打印机逐层制造支架。打印出的支架随后植入缺陷部位，从而刺激血管整合、血管化、骨整合以及骨骼和软骨的功能再生。对于骨骼再生，3D生物打印能够生产出具有复杂几何形状和孔隙度的支架，这些支架有利于血管化和骨整合。生物陶瓷和复合生物墨水等材料被用来制造不仅提供结构支持，还能促进前体细胞分化为成骨细胞的支架，这对新骨的形成至关重要。最近的研究重点在于提高这些支架的机械性能和生物性能，以更好地模拟天然骨骼环境[94]。尽管取得了显著进展，但将3D生物打印的软骨和骨骼结构从实验室应用转移到临床应用仍面临多个挑战。这些挑战包括确保生物打印过程的可扩展性、实现一致的可重复性以及 navigating regulatory pathways for approval（此处应为“avigating regulatory approval processes”）。此外，将生物打印结构与宿主组织整合以及建立功能性血管网络是进一步研究的关键因素，以便优化骨科手术中生物打印植入物的治疗效果[95]。

**血管组织工程**
3D生物打印通过能够制造复杂且功能性的血管网络，彻底改变了血管组织工程，这些血管网络对组织存活至关重要。传统的基于支架的方法在复制天然血管的复杂层次结构方面遇到了困难，这限制了它们在生成可灌注组织方面的成功率。3D生物打印技术通过精确地空间沉积含有内皮细胞、平滑肌细胞和细胞外基质成分的生物墨水，从而克服了这一限制，实现了具有生理相关力学和生化特性的血管结构再现[96]。最近的研究表明，生物打印的血管网络通过增强氧气和营养物质的扩散显著提高了组织的存活率，为先进的器官芯片模型、工程化移植物和体外药物测试平台铺平了道路。在临床应用中，生物打印的血管移植物和组织工程构造有望用于治疗缺血性疾病、恢复受损器官的血液流动，并提高植入组织的存活率。研究人员已经成功制造出了内皮化的管状结构，其管腔直径模拟了天然毛细血管、动脉和静脉的尺寸。这些构造在体内植入后显示出与宿主血管更好的整合，减少了血栓形成的风险，并提升了长期的功能性[97]。此外，生物墨水配方的进步，例如加载了促血管生成因子（如血管内皮生长因子VEGF）的水凝胶，已经改善了内皮细胞的增殖和迁移，从而加速了植入后的血管网络形成。然而，要实现生物打印血管移植物的长期通畅性仍面临挑战，需要进一步优化其生物力学特性和内皮化技术[98]。尽管有这些有希望的进展，但要扩大生物打印血管化组织的规模以用于全器官再生仍然是一个重大挑战。血管分支的复杂性、内皮细胞的精确对齐以及移植后快速血管化的需求需要跨学科的方法[99]。此外，临床转化的监管障碍要求进行广泛的临床前验证，以确保生物打印构造的生物相容性、免疫接受性和长期功能性。未来的研究旨在结合先进的生物打印技术，如共轴挤出和激光辅助生物打印，以完善血管结构并增强其生理相关性。随着技术的进步，3D生物打印的血管化组织有望在再生医学、器官移植和个人化医学中发挥关键作用[100]。

器官打印
器官移植仍然是治疗终末期器官衰竭的金标准；然而，全球供体器官的短缺促使了替代解决方案的发展。3D生物打印技术作为一种革命性的方法，通过逐层沉积由活细胞、水凝胶和生物材料组成的生物墨水来制造功能性器官。这项技术能够精确控制不同细胞类型的空间排列，模仿肝脏、心脏、肾脏和肺等器官的天然结构和功能。生物打印技术的最新进展，包括基于挤出的、基于喷墨的和激光辅助的生物打印，促进了具有增强细胞存活率和功能性的复杂组织架构的发展[101]。此外，生物打印技术还能够制造出患者特异性的器官构造，降低了免疫排斥的风险和终身免疫抑制疗法的需求。

器官生物打印面临的主要挑战之一是实现充分的血管化，这对于维持大型组织构造内的氧气和营养物质扩散至关重要。没有功能性血管，生物打印组织的尺寸和寿命都受到限制。研究人员采用了多种策略来克服这一障碍，包括共打印内皮细胞以形成血管网络，以及将生物打印构造与微流控系统集成以增强灌注[102]。此外，含有促血管生成因子（如VEGF）的生物墨水配方的进步在促进生物打印器官内毛细血管网络的形成方面展现了潜力。这些突破为能够与宿主血管无缝整合的功能性生物打印器官铺平了道路。尽管有这些进展，但仍需要进一步研究以确保生物打印器官能够承受机械力、复制生理功能并在体内保持长期稳定性[103]。

展望未来，3D器官生物打印的前景在于整合人工智能（AI）、机器学习和自动化等尖端技术，以提高生物打印构造的精确度和可扩展性。AI驱动的建模已经在用于优化生物墨水组成和打印参数，确保复杂组织架构的可重复性。此外，将诱导多能干细胞（iPSCs）与生物打印技术结合使用，在生成可用于药物筛选和个人化医学的患者衍生类器官方面具有巨大潜力[104]。然而，监管和伦理方面的考虑仍然是临床转化的重大障碍。在生物打印器官能够广泛采用之前，需要进行广泛的临床前验证并严格遵守监管指南。随着研究的进展，生物工程化可移植器官的梦想正在逐渐成为现实，为全世界数百万患者带来希望[105]。图4展示了人类器官的3D生物打印过程。

**图4**
该图像的替代文本可能是使用AI生成的。

**全尺寸图像**
**3D生物打印用于制造人体器官。** 图片展示了如何利用3D生物打印技术制造复杂的人体器官，如心脏、肝脏、肾脏和软骨。生物墨水的制备、逐层沉积以及打印后的成熟过程是制造功能性组织构造的关键步骤，其中细胞类型的选择、血管化策略以及生物材料组成起着重要作用。

**3D生物打印的挑战**
**细胞存活率和功能性**
确保高细胞存活率和维持细胞功能性是3D生物打印中的关键挑战，因为细胞必须在打印过程中存活，并保持其增殖、分化和执行生理功能的能力。生物打印过程中施加的机械力，包括基于挤出方法的剪切应力以及基于喷墨和激光辅助打印的热应力或声应力，可能会显著影响细胞存活。研究表明，过高的剪切应力会导致细胞膜损伤，从而导致细胞凋亡或坏死，最终影响生物打印构造的完整性[106]。此外，生物墨水的组成在维持细胞存活率方面起着至关重要的作用。具有优化机械特性和生化信号的水凝胶对于提供模仿天然细胞外基质（ECM）的支持性微环境至关重要[107]。然而，在可打印性和生物相容性之间达到理想平衡仍是一项重大挑战。

另一个重要挑战是生物打印后的细胞功能保持。虽然初始的高细胞存活率是必要的，但打印细胞的长期存活和分化取决于营养物质的供应、氧气以及适当的生化信号。大型组织构造内的血管化不足常常导致缺氧和坏死核心的形成，限制了组织的成熟和整合[108]。为了解决这个问题，研究人员正在探索含有促血管生成因子（如VEGF）的先进生物墨水，并共打印内皮细胞以促进血管网络的形成。此外，已经开发出提供动态培养条件的生物反应器系统，以增强营养物质扩散和机械刺激，促进细胞功能和组织成熟[109]。然而，这些方法在临床应用中的可扩展性仍然是一个问题。

**AI驱动的算法可以实时优化打印参数，以最小化细胞应力，而微流控系统可以在打印过程中和之后精确调节营养物和氧气的供应[110]。** 此外，使用诱导多能干细胞（iPSCs）和基因修饰细胞可以提高生物打印组织的再生潜力。尽管有这些有希望的发展，但在3D生物打印组织和器官能够临床应用之前，仍需解决标准化、可重复性和监管批准相关的问题。持续的跨学科研究努力对于克服这些障碍并实现生物打印技术在再生医学中的全部潜力至关重要。

**血管化**
3D生物打印中最重大的挑战之一是在生物打印组织内创建功能性血管网络。血管化对于确保工程组织中的氧气和营养物质输送以及废物清除至关重要，特别是在用于移植的大型构造中。没有足够的血液供应，生物打印组织容易因扩散限制而发生坏死。研究人员试图通过共打印内皮细胞、加入促血管生成因子（如VEGF）以及使用具有促血管特性的生物材料来解决这一挑战[111]。已经探索了多种策略来增强生物打印构造中的血管化。一种有前景的方法是使用牺牲性生物墨水，其中可降解材料与主要生物墨水一起打印，随后溶解以创建可种植内皮细胞的空腔通道[112]。这种方法允许在组织结构内形成相互连接的血管网络。另一种方法是将微流控系统与生物打印集成，以促进动态灌注和内皮化。微流控辅助的生物打印能够精确控制血管通道的形成，模仿天然血管的层次结构[113]。此外，含有内皮祖细胞的载细胞水凝胶在促进打印构造内自组装毛细血管的形成方面显示出潜力。然而，这些方法仍需优化，以实现血管网络的长期稳定性和功能性。

**未来3D生物打印在血管化方面的进步可能涉及生物制造技术的组合。** AI驱动的建模可以优化血管网络设计，以改善血液流动动力学和组织整合。此外，使用患者衍生的诱导多能干细胞（iPSCs）生成血管化组织构造在个性化医学方面具有巨大潜力[114]。尽管有这些有希望的发展，但监管挑战和广泛的临床前验证仍然是临床转化的重要障碍。持续的研究和跨学科合作对于克服这些挑战并使血管化生物打印组织适用于治疗应用至关重要。

**生物相容性和免疫原性**
生物相容性和免疫原性是3D生物打印中的关键挑战，因为所使用的材料和细胞必须与宿主环境兼容，同时尽量减少免疫排斥反应。生物打印组织必须与天然组织无缝整合，而不引发不良的免疫反应、炎症或纤维化。生物墨水的选择在确定生物相容性方面起着关键作用。天然聚合物如胶原蛋白、明胶和海藻酸盐因其仿生特性和低免疫原性而被广泛使用。然而，它们通常缺乏机械强度和结构稳定性，需要与PCL或PEG等合成聚合物进行修饰或混合[116]。虽然合成聚合物提供了机械支持，但它们可能会引发异物反应或需要额外的表面修饰来改善细胞相互作用和生物相容性[117]。

免疫原性是另一个主要问题，特别是在使用异种或异体细胞进行生物打印时。免疫系统可能会将非自身细胞识别为外来物，导致排斥和移植物失败。为了解决这个问题，研究人员探索了使用来自患者特定来源的自身细胞，如iPSCs或间充质干细胞（MSCs），这些细胞可以降低免疫排斥的风险[118]。然而，生成患者特异性细胞既耗时又昂贵，限制了其广泛的临床应用。此外，保留天然生化信号的基于Decm的生物墨水已被提出，以增强生物相容性并减少免疫反应。尽管有这些有希望的发展，但这些材料需要经过彻底处理以去除免疫原性成分，同时保留必要的生物活性因子[119]。

**未来在生物相容性和免疫原性方面的进步可能涉及基因编辑技术，如CRISPR-Cas9，以工程化低免疫原性的细胞，使其能够逃避免疫系统的检测。** 此外，功能化的先进生物材料可以与免疫调节剂一起使用，以帮助调节免疫反应并促进耐受性[120]。尽管有这些创新，但标准化生物墨水配方和建立临床转化的监管指南仍然是关键挑战。生物材料科学家、免疫学家和生物工程师之间的持续研究和合作对于克服这些障碍以及开发安全的有效生物打印组织至关重要。

**可扩展性和监管问题**
3D生物打印临床转化的关键问题包括细胞存活率、血管化和生物相容性以及监管。一些克服这些障碍的策略包括患者特异性的生物墨水、天然-合成支架的混合使用以及AI优化的打印，这可以提高参数的控制精度，预测组织行为，并在大规模打印中提供一致性。可扩展性是3D生物打印临床转化的一个主要障碍。虽然小规模组织构造在实验室环境中显示出潜力，但在更大规模上复制这些结果仍然具有挑战性。主要限制在于制造具有高细胞密度、精确结构和集成血管网络的大型功能性组织所涉及的复杂性。当前的生物打印技术在扩大到临床相关尺寸时难以保持结构完整性和细胞存活率[121]。此外，生物打印大型组织所需的时间是一个重大限制，因为较长的打印时间可能会对细胞存活率和功能性产生负面影响。为了解决这些问题，研究人员正在探索多喷嘴生物打印、高通量生物打印平台和自动化细胞培养系统，以提高效率[122]。然而，将这些技术优化以生产完全功能性的患者特异性器官仍然是一个主要挑战。

**除了可扩展性之外，监管问题也是3D生物打印在临床实践中广泛采用的另一个关键障碍。** 由于生物打印组织和器官结合了生物和工程组件，它们受到不同国家复杂监管框架的约束。在美国，例如，食品药品监督管理局（FDA）将生物打印产品归类为组合产品途径，这需要广泛的临床前和临床测试来确保安全性、有效性和可重复性[123]。同样，欧洲药品管理局（EMA）要求组织工程产品严格遵守良好生产规范（GMP）。缺乏评估生物打印构建物的长期稳定性、生物相容性和免疫反应的标准化指南，进一步复杂化了监管审批过程[124]。3D生物打印的可扩展性和监管合规性的未来进步将需要研究人员、临床医生和监管机构之间的跨学科合作[125]。此外，建立国际监管标准并简化审批流程将有助于加速3D生物打印组织从实验室到临床应用的转化。尽管存在这些挑战，持续的创新和监管协调将是释放3D生物打印在再生医学中全部潜力的关键。

3D生物打印技术越来越多地与人工智能（AI）和机器学习相结合，以优化打印参数、提高细胞存活率，并实现患者特异性组织设计。生物墨水配方的最新发展，如混合型、剪切变稀型、自愈型和响应刺激的生物墨水，进一步增强了组织工程能力，并支持新兴的4D生物打印方法[126, 127]。

3D生物打印在个性化医学领域具有巨大潜力，因为它能够生产出针对患者的特异性组织和器官结构。传统的治疗方法通常采用“一刀切”的模式，可能无法解决基因差异、疾病进展和生理反应的个体差异问题。通过整合患者来源的细胞，3D生物打印可以创建模拟患者自然微环境的定制组织结构，从而降低免疫排斥的风险并改善治疗效果[128]。此外，含有患者特异性细胞外基质（ECM）成分的生物墨水进步提高了生物相容性和与宿主组织的功能整合[129]。在个性化医学中，3D生物打印最有前景的应用之一是开发用于药物测试的患者特异性类器官和组织模型。这些由患者细胞衍生的生物打印模型比传统的2D细胞培养或动物模型更能准确代表人体生理学[130]。这种方法使得精准医疗策略成为可能，在临床应用前可以在患者来源的组织上测试药物的有效性和毒性。此外，正在探索针对个体解剖结构和功能需求的生物打印皮肤移植片、骨植入物和血管化组织，以实现临床转化。尽管取得了这些进展，但在广泛临床应用之前，仍需解决高分辨率生物打印、长期组织功能性和大规模生产等挑战[131, 132]。此外，监管框架也需要发展，以适应患者特异性生物打印组织的复杂性，确保安全性、伦理合规性和标准化。随着跨学科研究的持续进行和技术创新，3D生物打印有望在再生医学、器官移植和疾病建模方面带来革命性的变革。

将AI和机器学习整合到3D生物打印中，通过提高组织制造的精度、效率和可重复性，正在彻底改变这一领域。传统的生物打印技术往往依赖于手动调整，导致构建物质量和细胞存活率的不一致性。这种数据驱动的方法增强了生物打印过程，减少了组织工程中传统的试错方法[133, 134]。未来由AI驱动的生物打印将朝着完全自主的系统发展，这种系统需要最少的人工干预。AI、机器人自动化和实时反馈机制的结合可以使生物打印实现大规模、高通量的临床应用[135]。此外，AI与生物打印的整合预计将通过提高可重复性和减少制造时间来加速药物测试、再生医学和器官移植。然而，在广泛采用之前，还需要解决数据隐私、伦理考量和监管批准等挑战。随着AI的不断发展，其与3D生物打印的协同作用将开启精准医学和组织工程的新领域。AI和机器学习的整合及其应用见表3。

生物墨水的开发是3D生物打印的基石，影响着工程组织的结构完整性、细胞行为和功能成熟度。最近的研究集中在开发能够密切模仿天然ECM的生物墨水，以增强细胞粘附、增殖和分化[146]。结合天然和合成聚合物的混合生物墨水已被广泛研究，以在保持生物相容性的同时提高机械强度。在一项最近的研究中，明胶-藻酸-PCL复合生物墨水表现出更好的可打印性和机械性能，使其适用于骨组织工程[147]。此外，剪切变稀水凝胶和自愈生物墨水作为在打印过程中保持封装细胞存活性的有前景的解决方案而出现[148]。生物墨水开发的一个新兴趋势是整合生物活性分子和纳米材料以增强功能效果。例如，含有血管内皮生长因子（VEGF）的纤维蛋白基生物墨水显著改善了生物打印构建物的内皮化和血管网络形成[149]。此外，嵌入纳米颗粒（如氧化石墨烯和羟基磷灰石）的生物墨水已被证明可以提高神经应用的导电性和骨再生的骨诱导性[150]。另一种创新方法是使用响应刺激的生物墨水，它们可以根据温度、pH值或机械应力等环境线索改变其性质。这些“智能”生物墨水允许动态组织结构自我调节其属性，以更好地复制天然组织的功能[151, 152]。此外，4D生物打印的出现也为组织工程应用提供了令人兴奋的可能性，其中打印结构会随着时间对刺激做出反应[153]。尽管取得了这些进展，在广泛临床转化之前，仍需解决生物墨水的长期稳定性、可扩展性和监管批准等挑战。

3D生物打印的临床应用和商业化正在迅速推进，研究人员和行业领导者正在努力将生物打印组织引入实际医疗实践。几种生物打印组织结构，如皮肤替代品和软骨移植物，在临床前和早期临床研究中显示出潜力[154]。尽管取得了这些进步，但仍存在一些挑战，包括实现长期功能性、整合血管网络和确保可扩展性[155]。标准化生物墨水组成、改善打印后组织成熟度以及在打印过程中优化细胞存活率是使生物打印成为常规临床应用可行选择的关键优先事项[156]。商业领域正在积极探索生物打印在药物测试和个性化医学中的应用，减少对动物模型的依赖并加快药品研究[157]。Organovo等公司开创了用于药物毒性研究的生物打印肝脏组织，而CELLINK和Poietis则专注于个性化组织工程解决方案[158]。包括美国FDA和EMA在内的监管机构正在制定生物打印医疗产品的指南，以确保安全性、有效性和可重复性[159]。然而，由于需要广泛的验证、长期稳定性研究和围绕生物打印组织的伦理考量，监管批准仍然复杂。AI、自动化和生物打印技术的进步正在推动大规模生产和个性化应用的进展[160]。生物打印芯片系统也因其能够复制疾病建模和药物测试的生理条件而受到关注[161]。预计政府机构、私营部门合作伙伴关系和研究机构的增加投资将在将3D生物打印转变为广泛采用的医学技术方面发挥关键作用，用于组织再生、移植和精准医疗。

这些专利突显了3D生物打印领域的多样化创新，重点在于生物墨水组成、温度调节和复杂组织的生物打印。表4列出了与3D生物打印相关的著名专利[4]。

3D生物打印是再生医学中的一个新兴领域，其临床应用目前正在通过各种试验进行探索。表5总结了一些与3D生物打印相关的著名临床试验[5]。

3D生物打印代表了再生医学中的一个变革性方法，提供了制造用于移植、药物测试和疾病建模的患者特异性组织和器官的潜力。生物墨水、生物打印技术和先进打印机精度的开发显著提高了工程组织在临床和制药应用中的潜力。这些发展展示了3D生物打印在个性化医学、高通量药物筛选和体外疾病建模中的应用。尽管取得了这些进展，但仍存在重大挑战，特别是在血管化、细胞存活率、可扩展性和监管批准方面。这些限制仍然是临床转化的主要障碍，组织的长期功能性、机械稳定性和制造可重复性需要改进。解决这些难题需要生物工程师、材料科学家、临床医生和监管机构之间的跨学科合作。未来的研究工作必须集中在整合这些技术以优化生物打印过程并提高可重复性上。特别是，必须优化生物墨水配方、打印分辨率和打印后成熟策略，以提高构建物的性能。生物反应器技术和打印后组织成熟的进步对于提高生物打印构建物的功能性至关重要。此外，制造程序的标准化和监管框架的适应对于实现安全和高效的临床转化是不可或缺的。随着持续的创新和投资增加，3D生物打印有望革新个性化医学，为需要器官移植和复杂组织再生的患者带来新的希望。随着技术的成熟，完全功能性的可移植生物打印组织可能很快就会成为临床现实，从而改变医疗保健的未来。