《Asia-Pacific Journal of Clinical Oncology》：Advancements in Cancer Research: Exploring the Role of 3D Bioprinting
传统二维(2D)肿瘤模型与动物实验往往难以准确复现人类癌症生物学特征。为突破上述局限，三维(3D)生物打印技术应运而生，成为构建复杂且具有生理相关性的肿瘤模型的重要平台，可更好地模拟肿瘤微环境(TME)。该技术通过精确调控多种细胞类型与细胞外基质组分的空间排布，能够在体外高度还原肿瘤组织结构及细胞间相互作用。近年来，基于患者来源细胞的生物打印模型在个性化药物筛选与治疗优化中展现出巨大潜力，已在胶质母细胞瘤、乳腺癌、肝细胞癌等多种癌症中得到应用，有望提升临床前试验的预测准确性，推动精准肿瘤学发展。尽管取得显著进展，该领域仍面临诸多挑战，包括生物墨水优化、可重复性、可扩展性以及生物打印工作流程的标准化，限制了其更广泛的临床应用。本综述面向临床医生，系统整合了3D生物打印在肿瘤学中的应用，阐述了其在模拟肿瘤异质性、血管生成及转移中的作用，同时客观评估了当前存在的局限性与转化障碍。此外，综述还探讨了智能生物墨水、微流控集成及四维(4D)生物打印等新兴策略，这些技术有望进一步提升模型的功能复杂性与临床相关性，最终助力药物研发管线推进与个性化癌症治疗的发展。
1 引言
癌症是21世纪全球面临的重大公共卫生与经济挑战，占全球总死亡人数的16.8%，占非传染性疾病死亡的22.8%。长期以来，研究人员主要通过二维(2D)培养下的肿瘤生长来解析癌症发生发展机制。动物模型虽被广泛应用，但存在种属差异、难以完全模拟人类疾病进程、伦理争议以及对人类治疗反应预测能力有限等问题，严重制约了研究结果向人类癌症临床转化的可靠性。随着生物技术工程的交叉融合，肿瘤学研究与治疗迈入新时代，其中三维(3D)生物打印凭借巨大潜力脱颖而出。3D生物打印通过将负载活细胞的生物相容性“生物墨水”按预设图案逐层沉积，能够以“自下而上”的组装方式构建三维生物结构，精准模拟复杂的3D肿瘤微环境，并在可控的化学与力学环境中实现多种细胞共培养。
生物墨水通常定义为可打印的载细胞材料，例如生物功能化的合成或天然水凝胶——这类富含水分的交联聚合物网络能够模拟软组织的物理特性，为细胞存活与生长提供支持性环境，典型代表包括甲基丙烯酸明胶(GelMA)、海藻酸钠、胶原蛋白及聚乙二醇基水凝胶等。通过编程控制打印机将不同细胞类型或材料精准定位，研究人员可重建真实组织的复杂架构，这对模拟驱动肿瘤行为的细胞-细胞及细胞-基质相互作用至关重要。过去十年间，挤出式、喷墨式、激光辅助式及光固化立体光刻等多种打印模式已被适配于生物打印领域，各自在分辨率、速度、材料兼容性和细胞活性方面具有不同优势，研究者可根据具体癌症建模需求选择最合适的技术。
3D生物打印技术在癌症研究领域最重要的贡献之一是开发患者特异性肿瘤模型。这些源自患者细胞的模型能够复现个体肿瘤的异质性，支持个性化药物筛选与治疗优化。通过捕获肿瘤的遗传与表型多样性，生物打印模型有望革新临床前试验，加速新型抗癌药物与靶向疗法的发现。此外，该技术还可构建大尺寸结构，实现稳定精准的重复制备，并能通过多种方法实现模型血管化。与2D模型相比，生物打印能更准确地模拟真实肿瘤特征，捕捉细胞-细胞及细胞-细胞外基质(ECM)等关键相互作用，从而提高细胞活力并增强对抗癌药物的敏感性。在3D建模领域，生物打印在改善肿瘤微环境(TME)的体外表征方面前景广阔，可实现对细胞空间排布的精确控制。近年来，3D生物打印技术发展迅速，尤其在个性化医疗领域应用广泛，受到肿瘤临床医生与研究者的日益关注。本综述选取胶质母细胞瘤(GBM)、黑色素瘤、肝细胞癌(HCC)、乳腺癌及结直肠癌(CRC)等代表性模型，重点阐述3D生物打印的应用广度，这些模型涵盖了侵袭性生长模式、遗传多样性、肿瘤-微环境相互作用及治疗反应差异等多维度的临床异质性，旨在凸显生物打印技术解决肿瘤复杂性建模、个性化药物测试及提升转化相关性等共性挑战的能力。
2 肿瘤微环境建模
不同的生物打印技术在复现肿瘤微环境(TME)的结构、力学及细胞复杂性方面各具优势与局限。喷墨生物打印依赖低粘度生物墨水的液滴沉积，适用于细胞与生长因子的高分辨率图案化，但由于材料兼容性与力学强度限制，在构建大型复杂3D结构方面存在不足，其主要价值在于薄层构建体中可溶性信号与细胞类型的空间组织。
挤出式生物打印可处理包括高细胞密度与ECM样水凝胶在内的多种高粘度生物墨水，擅长构建包含基质细胞与免疫细胞的体积异质性肿瘤结构，非常适合模拟实体瘤中的力学刚度、缺氧梯度及细胞-基质相互作用，已成为构建肿瘤球状体与多层组织模型的最常用方法。
光固化立体光刻利用光交联树脂实现卓越的空间分辨率，可构建模拟肿瘤内血管化或分区结构的复杂架构，在需要精确微结构保真度以模拟肿瘤侵袭前沿或血-肿瘤屏障的研究中尤为适用，但其应用常受限于树脂的生物相容性与光穿透深度。
激光辅助生物打印可实现高空间精度，有利于将癌症干细胞等稀有细胞类型定位至特定微环境生态位，且打印过程中剪切应力极低，能够最大限度保护细胞活力与功能，这对免疫细胞或内皮细胞等敏感的TME组分尤为重要。
静电纺丝主要用于制备模拟TME物理形貌的纤维状ECM样支架，虽较少用于直接细胞打印，但其优异的力学与结构特征非常适合支持细胞迁移、侵袭研究及肿瘤-基质相互作用建模。
上述技术共同构成了一个工具箱，研究人员可根据具体研究目标定制TME模型，涵盖从药物渗透与转移研究到基质相互作用或免疫逃逸机制解析等多个方面。
3 传统2D模型与动物研究的局限性
传统2D单层细胞培养长期被用于体外细胞功能研究，但由于细胞与ECM相互作用受限，无法准确复现TME。在单层培养中，有限的细胞通讯阻碍了细胞因子、生长因子及信号分子等关键因子的获取，导致黏附与信号传导不理想。此外，细胞被限制在玻璃或塑料等平坦坚硬的表面上，限制了营养与氧气扩散，改变细胞形态、基因表达及极性，进而影响药物代谢并降低治疗筛选的预测可靠性。尽管存在这些缺陷，2D培养仍因成本低、操作简单而被广泛使用。
相比之下，3D生物打印可在ECM样生物墨水内精确排布细胞，构建能更好反映体内组织架构与异质性的复杂TME。这些模型保留了具有生理相关性的细胞-细胞及细胞-基质相互作用，并可包含血管样结构以及影响肿瘤行为与治疗反应的氧/营养梯度。同时，使用患者来源的人类细胞构建生物打印模型，可减少种属差异与伦理担忧等动物模型的局限性，使其成为个性化癌症建模、高通量药物筛选及肿瘤进展实时分析的宝贵工具。
近年来，模型设计已取得显著进展，针对HCC、CRC、黑色素瘤及乳腺癌等多种癌症类型的3D生物打印研究不断涌现，不同细胞系的3D生物打印癌症模型已得到系统总结。
4 3D生物打印技术
3D生物打印是生物学、工程学与医学交叉的新兴技术，在癌症研究、组织工程与药物开发中应用日益广泛。用于构建生物结构的主要生物打印方法包括喷墨打印、挤出式打印、光固化立体光刻、激光辅助打印及静电纺丝。每种技术在分辨率、材料兼容性、细胞活性及实际应用方面各有不同，适用于不同的临床与研究场景。
4.1 喷墨生物打印
其工作原理与传统桌面喷墨打印机类似，以受控的逐层方式沉积生物墨水小液滴，主要优势是打印速度快、空间分辨率高，适合图案化细胞、生长因子及薄层组织，例如已被用于模拟与肿瘤生物学相关的上皮层与血管界面。但该技术仅能处理低粘度生物墨水，限制了其构建大型、力学稳定的3D肿瘤结构的能力，因此在癌症建模中的应用通常局限于较简单的结构或表面水平的组织构建。
4.2 挤出式生物打印
是目前癌症研究中应用最广的技术，通过喷嘴连续挤出载细胞生物墨水以逐层构建3D结构。其主要优势是与包括模拟ECM的水凝胶在内的多种生物材料兼容性好，特别适合构建包含癌细胞、基质细胞与免疫细胞的多细胞肿瘤模型。从临床研究角度看，挤出式生物打印已实现用于HCC、乳腺癌及CRC药物筛选的患者来源肿瘤模型构建。但该技术存在局限：打印过程中细胞通过喷嘴时会承受机械应力，可能降低细胞活性，因此需要仔细优化打印条件以平衡生物性能与结构完整性。
4.3 光固化立体光刻生物打印
利用光（通常为紫外或可见光）以高精度固化液态生物墨水，具有优异的空间分辨率，可构建血管样网络或分区肿瘤结构等复杂微架构，非常适合需要结构细节的研究，如模拟肿瘤侵袭前沿或血-肿瘤屏障。但其广泛应用受限于可用的生物相容性光交联材料数量有限，以及光诱导细胞损伤的潜在风险。
4.4 激光辅助生物打印
可实现细胞的高精度定位，且无需让细胞承受喷嘴带来的机械应力，这对于打印干细胞、免疫细胞或参与TME的内皮细胞等敏感细胞类型尤为重要。该技术已被用于需要空间控制的先进癌症模型，例如将癌症干细胞定位至特定生态位，但目前受限于设备成本高与技术复杂度高，尚未广泛普及。
4.5 静电纺丝生物打印
主要用于生产模拟ECM架构的纤维支架，而非直接打印细胞。这些支架为研究癌症细胞黏附、迁移与侵袭等转移关键过程提供结构支持，但因难以实现均匀细胞分布与精确架构控制，常与其他生物打印方法联合使用，而非作为独立技术。
5 生物打印技术在肿瘤微环境建模中的作用
3D生物打印技术已成为体外模拟癌症微环境的 promising 工具。与传统细胞培养技术不同，3D模型可重建包括细胞-细胞相互作用、ECM组分及血管网络在内的复杂肿瘤架构。与2D模型相比，包含多细胞球状体的3D打印肿瘤模型在实际肿瘤的蛋白组成、基因表达谱及致瘤潜能方面相似度更高，无论是在实验室环境还是活体移植中均表现如此。
3D生物打印的一个关键优势是其重建TME异质性与复杂性的能力。肿瘤由多种细胞类型组成，包括癌细胞、基质细胞与免疫细胞，均嵌入动态的ECM中。通过精确的空间控制，3D生物打印可构建紧密模拟体内肿瘤状态的多细胞模型，从而更准确地研究肿瘤生长、侵袭、转移及耐药机制。
这种先进体外模型的实用价值在GBM等进展迅速的癌症中尤为突出。传统上，GBM研究依赖2D单层培养与动物模型（包括异种移植与基因修饰小鼠），但这些系统在复现人类GBM的细胞异质性、侵袭性生长模式及复杂TME方面存在关键局限。理想的实验模型应重现TME的关键特征，同时具备可扩展性、成本效益，并兼容长期培养、高通量筛选与基因操作。
脑类器官包含神经干细胞、分化神经元、星形胶质细胞与小胶质细胞，可提供支持GBM干细胞生长与维持的生理相关微环境。近期研究开始将3D生物打印技术与类器官系统融合，通过高精度打印策略将GBM细胞精准植入定义的脑样架构中，例如近期一项研究开发了一种生物打印的GBM-类器官模型，实现了肿瘤细胞的空间整合，可控制肿瘤引入并改进侵袭动力学建模。此类混合平台克服了传统类器官方法的局限，实现了可重复的肿瘤定位、可定制的ECM组成以及可调节的影响GBM进展的力学信号。通过整合生物打印与类器官工程，这些新兴模型填补了简化体外培养与复杂体内肿瘤之间的空白，凸显了生物打印在构建GBM研究生理相关系统中的日益重要的作用。
同样，黑色素瘤因其异质性、多种基因突变及激活的信号通路而带来巨大挑战，其与周围微环境在细胞层面的动态相互作用进一步增加了肿瘤复杂性。组织工程与生物打印技术的结合为开发黑色素瘤研究的仿生平台提供了 promising 途径。人皮肤等效物(HSE)是基于活检的复杂3D模型，可通过手动或生物打印技术制备，利用分离的原代人皮肤细胞与主要成分为胶原蛋白的ECM组分构建皮肤样结构。
已有研究开发并验证了一种利用原代人类成纤维细胞与角质形成细胞制备类器官皮肤模型的方案，可重现正常人类皮肤微环境的关键特征，表现为III型胶原蛋白（关键ECM组分）的生成，以及IV型与VII型胶原蛋白等基底膜蛋白、细胞角蛋白14与 involucrin 等表皮分化标志物的特异性表达。将黑色素瘤细胞植入其天然生态位——表皮-真皮连接处，证实肿瘤细胞保留了增殖与侵袭能力。新兴生物打印策略在这些类器官系统基础上，实现了黑色素瘤细胞在定制化ECM环境中的精准空间定位、胶原密度与刚度的可控调节以及多种皮肤细胞类型的可重复沉积，使生物打印黑色素瘤-ECM模型能更准确模拟体内肿瘤-基质相互作用，助力侵袭、药物反应及微环境驱动耐药性的研究。
尽管在细胞与ECM组分的空间排布方面已取得显著进展，但要忠实复现真实且复杂的TME仍存在困难，此外还需进一步研究与解决合适墨水选择、细胞活性提升及功能性组织构建等问题。
6 癌症研究中的3D生物打印
癌症是一种以异常细胞不受控增殖与扩散为特征的疾病，已成为全球重大健康威胁，每年导致数百万人死亡。在癌症研究中，3D生物打印可生成用于药物发现、筛选与定制化治疗的逼真肿瘤模型。然而，体外研究结果常与预期临床结果不符，部分原因是传统2D培养无法复现人类肿瘤的三维架构、力学特性与异质性，导致药物渗透、细胞信号传导及耐药机制存在差异。比较2D与3D癌症模型的研究反复表明，在标准单层实验中显示高效的药物，在3D球状体、类器官模型及体内实验中药效降低，凸显了简化体外系统与临床结果之间的转化差距。这一差异是“力学药理学”新兴领域的核心关注点，该领域研究TME的力学特性（如基质刚度、限制与流体剪切力）如何改变药物摄取、信号通路及治疗反应。
生物打印以构建含活细胞的复杂3D结构著称，其应用与受欢迎程度在多个领域迅速提升。这种前沿技术已能高效排布活细胞、生物大分子与生物材料，在癌症研究中展现出巨大潜力。生物打印肿瘤模型是对传统2D模型的重大改进，可模拟肿瘤的三维复杂性并促进生理相关的细胞-环境相互作用。
3D生物打印还可用于模拟TME的关键力学特征，如组织刚度、粘弹性与基质密度。这些特性可通过调整水凝胶组成、聚合物浓度或基质交联来精细调节，使研究人员能重建不同器官系统的多样力学环境（如柔软的脑组织与坚硬的乳腺或胰腺肿瘤）。机械感知（细胞检测并响应力学信号的能力）是调控癌细胞行为的关键因素，影响增殖、迁移、上皮-间质转化(EMT)及治疗耐药性。由于传统2D细胞培养被限制在均匀坚硬的塑料或玻璃基底上，无法捕获体内的力学异质性与动态物理信号，而3D生物打印可精确控制基质刚度与架构，成为研究力学调控信号通路与药物反应的强大平台。纳入这些力学方面的详细讨论及其与肿瘤进展的相关性，强化了本综述的观点，即生物打印在重建TME复杂物理属性方面超越了传统模型。
6.1 肝细胞癌(HCC)研究中的3D生物打印
针对不同癌症类型，已有大量3D生物打印模型研究及技术优化工作。近期一项研究开发了一种基于挤出式3D生物打印的个性化HCC模型，使用明胶-海藻酸钠复合生物墨水，基于6例患者来源的原代HCC细胞构建结构，这些被称为3DP-HCC的生物打印模型保留了原始肿瘤的关键组织学与分子特征，并被证明是有效的药物筛选平台，凸显了其在个性化医疗中的潜力。但该模型的局限包括TME相对简单、缺乏血管化，可能影响长期细胞活力与药物反应动力学，表明需要进一步优化以更全面地模拟体内肿瘤复杂性。
另一项研究利用3D生物打印开发HCC模型，将源自3月龄猪肝脏的去细胞化细胞外基质(dECM)与甲基丙烯酸明胶(GelMA)结合，制备光交联水凝胶（指水凝胶在光照——通常为紫外或可见光下发生固化或“交联”，从而在打印过程中实现从液态到稳定凝胶状支架的精确时空控制），构建了肝dECM基支架，可快速稳定并为HepG2肝癌细胞生长提供生物丰富的环境。研究发现，HepG2细胞在更硬的dECM水凝胶中增殖减少，但侵袭相关标志物表达增加；研究人员进一步开发了3D生物打印肝癌组织平台，可直接观察HepG2细胞向周围组织样区域的侵袭。尽管猪肝dECM是传统合成水凝胶的实用仿生替代物，但其源自幼年非人类组织，生化组成与力学特性可能无法完全反映成年人类肝肿瘤的特征。
Sun等人开发了一种名为3DP-HepG2的新型HCC 3D生物打印模型，旨在改进抗肿瘤药物研究。与传统的2D HepG2细胞培养相比，该3D模型显示出肿瘤相关基因表达的显著增加，以及顺铂、索拉非尼与瑞戈非尼等药物IC50值的升高，同时耐药基因表达更高，更真实地反映了真实肿瘤中的耐药性。
6.2 结直肠癌(CRC)的生物打印模型
一项研究开发了一种新型基于挤出式3D生物打印的方法，使用CELLINK系统从患者来源的原代细胞生成长期CRC微肿瘤。该研究采用共价功能化RGD肽的海藻酸盐水凝胶作为生物墨水，提供整合素结合位点，更好地复现了天然CRC ECM中的黏附信号。该方法可实现生物打印微肿瘤的构建与维持长达6个月，支持纵向研究及对溶瘤病毒的评估。所得构建体紧密模拟实际肿瘤微环境，呈现具有增殖梯度、扩散限制区域以及类似于体内发现的缺氧与坏死核心的3D架构。这些特征使该模型非常适合研究肿瘤动力学与治疗反应，凸显了3D生物打印CRC平台在个性化医疗及测试先进生物制剂与溶瘤病毒以改善治疗结果方面的潜力。
另一项研究开发了一种用于CRC及其肝转移(CRLM)的新型患者来源3D生物打印肿瘤模型，以预测个性化化疗反应。利用3D生物打印技术，研究人员从患者肿瘤细胞创建了均质模型，保留了原始肿瘤的生物标志物与基因谱。药物敏感性测试显示出显著的响应差异，且CRLM 3DP模型的药物反应与临床结果高度匹配。
6.3 乳腺癌的3D生物打印建模
一项研究开发了一种新型3D生物打印组织模拟支架(TMS)模型，使用ZR75.1人乳腺癌细胞改进药物与代谢靶向研究。该模型采用海藻酸盐基水凝胶生物墨水构建，表现出长期活力与肿瘤样行为。3D生物打印TMS在传统2D与3D培养中表现出更低的药物敏感性，但在药物敏感性与蛋白表达上与异种移植模型高度一致。重要的是，这些TMS表现出与人类乳腺癌相似的代谢酶表达的组织异质性，并经免疫组化证实。
Wang等人开发了一种3D生物打印乳腺癌模型，使用脂肪来源间充质干细胞(ADMSC)与HER2阳性乳腺癌细胞(21PT)研究耐药性。该模型采用双水凝胶生物墨水，将21PT细胞包裹在ADMSC中。结果显示，ADMSC的存在降低了低剂量多柔比星(DOX)诱导的凋亡；模拟肥胖的更厚ADMSC层进一步降低了凋亡率。ADMSC与21PT均表达赖氨酰氧化酶(LOX)，抑制LOX可提高21PT细胞对DOX的敏感性。
Blanco-Fernandez等人创建了一种3D生物打印乳腺癌模型，使用去细胞化猪乳腺组织与甲基丙烯酸明胶及海藻酸钠混合。在生物墨水中添加I型胶原蛋白(Col1)使模型更接近乳腺肿瘤ECM，促进了癌细胞生长并降低了其对多柔比星的敏感性。该方法可精准打印包含癌细胞与基质细胞的支架，为研究肿瘤生物学与药物反应提供了更逼真的乳腺癌模型平台。
6.4 肺癌的3D生物打印建模
一种新型高通量筛选(HTS)系统被开发用于肺癌，以寻找上皮-间质转化(EMT)抑制剂——这是癌症转移的关键步骤。该系统使用NanoCulture板形成A549肺癌细胞球状体，并观察TGF-β诱导的EMT相关变化。该系统有效监测了球状体内部的缺氧水平，其在EMT过程中下降。在对1330种化合物的初步测试中，鉴定出9种潜在的EMT抑制剂，包括已知的TGFβR1抑制剂SB-525334，以及新发现具有EMT抑制活性的CDK2抑制剂SU9516。
Utama等人开发了一种新型3D生物打印机，用于高通量生产基质嵌入多细胞球状体，提高了3D细胞培养模型的可重复性与效率。该生物打印机使用电磁阀微阀打印头，将载细胞液滴精准打印到水凝胶基质中，形成尺寸与细胞数量可控的球状体。这些嵌入的球状体表现出肿瘤样特征，如缺氧与干细胞的存在，且在结构与生物学上与手动生产的球状体相似。
研究人员开发了基于VitroGel系统的创新生物墨水用于3D生物打印肿瘤模型。Ink H4与Ink H4-RGD两种墨水非常适合挤出式生物打印，可构建稳定精准的支架。这些生物墨水帮助非小细胞肺癌(NSCLC)患者来源细胞形成3D球状体，其对化疗的耐药性高于2D细胞模型。这表明Ink H4-RGD可用于3D生物打印，并为高通量药物筛选与肿瘤生物学研究开发生理相关的肿瘤微环境。
7 精准医疗
在疾病建模与药物发现中，3D生物打印提供了一个强大的平台，可在体外复现人类组织与器官。这些生物工程模型为研究人员提供了更具生理相关性的系统，用于研究疾病机制并评估潜在疗法的有效性与毒性。此外，通过将患者来源细胞整合到这些模型中，研究人员可模拟个体药物反应，为个性化治疗策略铺平道路。
3D生物打印已成为个性化医疗药物开发中的 promising 工具，能够创建比传统方法更忠实捕捉人类生理特征的体外模型。与将细胞平铺为人工单层的2D培养不同，生物打印构建体重建了塑造真实组织行为的三维架构、多细胞组织与ECM相互作用。这些空间组织环境使细胞表现出更具生理准确性的增殖模式、信号动力学与药物反应谱。因此，生物打印模型有助于弥合体外实验与体内结果之间持续存在的差距，提供更可靠预测临床疗效与毒性的平台。此外，由于生物打印可精确控制细胞组成、微环境信号与患者特异性肿瘤特征，它支持根据个体患者定制药物测试，加速发现进程，同时提高治疗决策的信心。总体而言，这些进展使3D生物打印成为开发更快、更可靠、个性化的药物筛选策略的核心技术。
7.1 个性化疾病建模与干细胞生物打印
构建准确的体外疾病模型仍是一项重大挑战，因为难以复现复杂的组织微环境，包括其独特架构、力学特性与多样的细胞组成。3D生物打印的进步已开始应对这些挑战，能够在仿生微结构中精确排布多种细胞类型。例如，Ma等人开发了一种快速生物打印策略，将微尺度组织工程与最小紫外暴露相结合，构建由肝细胞与支持细胞组成的六边形肝单元。这些构建体更紧密地模拟生理肝组织，增强了人诱导多能干细胞(hiPSC)来源的肝祖细胞的结构与功能成熟，为个性化药物筛选与肝病建模提供了巨大潜力。
干细胞生物打印通过实现源自hiPSC的组织构建体制造，进一步扩展了个性化医疗的能力。大量研究表明，hiPSC或hiPSC衍生细胞可被成功生物打印，并保持高活力、分化能力与增殖潜力。利用优化的生物墨水与打印条件，hiPSC已被引导形成心脏、肝脏、神经与肠道组织，每种组织均表现出组织特异性功能，如心脏构建体的收缩行为或肝脏模型的代谢活性。当使用患者来源的hiPSC时，所得组织可重现个体遗传与表观遗传特征，支持个性化疾病建模、药物毒性评估与精准治疗测试。
8 血管生成
血管生成是指从已存在的脉管系统形成新血管的过程，是由众多促血管生成与抗血管生成因子紧密调控的动态过程，对促进肿瘤生长、侵袭与转移至关重要。
3D生物打印已成为在生理相关模型中研究血管生成的强大工具。Neufeld等人的一项研究首次使用Rhino 3D建模软件设计血管样结构，并利用普朗尼克F127作为牺牲墨水进行制备。牺牲墨水是在打印后可移除的临时打印材料，用于构建结构内的中空通道或空隙。普朗尼克F127尤其适合此用途，因为它具有可逆热凝胶特性——低温下呈液态，室温下凝胶化。这一特性使其可作为血管的固态模具进行打印，随后仅需将构建体冷却至4°C即可移除，留下可灌注的通道。
打印好的血管模具随后被涂覆GBM生物墨水（由纤维蛋白原、明胶等天然聚合物与GBM细胞混合而成），并整合到微流控系统中。移除牺牲墨水形成中空通道后，向内腔接种内皮细胞与周细胞。值得注意的是，5天内即形成了功能性血管网络，并可通过荧光显微镜观察。除该方法外，微挤出生物打印已被用于生成内径小至100 μm的可灌注血管网络。另一研究团队展示了在打印过程中独立调节血液与淋巴管通透性的能力，为研究肿瘤内血管与淋巴管的相互作用提供了多功能平台。
研究人员已在3D生物打印构建体中模拟血管生成方面取得了显著进展。通过利用含有血管内皮生长因子等血管生成因子以及内皮细胞与周细胞等细胞的生物墨水，可生成类似于天然血管的结构。但复现血管的形态与组成，以及准确模拟肿瘤组织与血管的空间关系仍具挑战性。此外，使用肿瘤血管内皮细胞与正常组织内皮细胞构建血管壁的选择可能导致显著差异。同时，由于无法用培养液完全模拟真实血液的流动，会影响药物渗透性结果，使其与真实血管存在差异。
9 转移
癌症转移仍是肿瘤学领域的重大挑战，是全球大多数癌症相关死亡的原因。生物打印肿瘤模型有助于研究转移过程的各个阶段，包括肿瘤细胞侵袭、血液循环、远端部位的外渗以及继发器官的定植。这些模型有效复现了癌细胞与其微环境之间的重要相互作用，为解析驱动转移的分子和机制提供了宝贵见解，并助力潜在靶点识别。
Meng等人创建了一个血管化的3D基质用于研究癌症扩散。他们利用3D打印将含有A549癌细胞（模拟原发肿瘤）的液滴精确定位到特殊装置内的一个人工血管附近，并在
