近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所副研究员于寅团队在国际知名学术期刊中国工程院院刊《Engineering》上发表了特邀综述文章“Progress in Organ Bioprinting for Regenerative Medicine”。文章详细探讨了器官生物打印在再生医学领域的最新进展，并对该领域的未来发展及面临的挑战提出了新的见解和思考。
https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.04.023
器官损伤或衰竭由于受伤、疾病和衰老而常常发生，人体在大多数组织或器官中的再生能力有限。器官移植是面对器官衰竭或严重组织损伤的重要医疗手段，但却面临着供体短缺和免疫排斥风险等重大挑战。因此，创新的解决方案变得至关重要。在这种背景下，按需3D生物打印器官在组织工程和再生医学领域展现出巨大潜力。
图1 3D打印实体器官示意图。
器官生物打印是一种利用3D打印技术来制造生物组织和器官的创新方法。它通过将活细胞作为“墨水”进行打印，精确地将这些细胞组装成具有功能性的三维结构。这项技术被寄予厚望，认为可以有效解决器官移植中的供体短缺问题，同时避免移植排斥反应和长时间等待带来的困扰。
文章详细介绍了器官生物打印技术的多方面进展，包括但不限于生物材料的发展、打印精度的提升以及功能性组织的成功构建。研究团队指出，生物打印在小型组织如皮肤、软骨、血管等的制造上已表现出良好的前景，这些成功案例为日后的复杂器官打印提供了宝贵的经验和数据支持。
尽管取得了显著的进展，器官生物打印技术在应用中依然面临诸多挑战。首先是生物材料的选择和优化，如何找到既有良好生物相容性又能承受打印工艺的材料是目前的难点之一。其次，打印精度的进一步提高也是一个重要问题，特别是在构建复杂的微结构和血管网络方面。此外，如何确保打印出的组织和器官能够在体内正常发挥功能，仍需要大量的实验和测试。文章接着讨论了心脏、肝脏、肾脏和胰腺等实体器官生物打印的最新进展，强调了血管化和细胞整合的重要性。最后，文章对器官生物打印在临床转化和大规模生产方面面临的主要挑战进行了深入探讨，并提出了未来研究方向。
文章进一步强调了多学科合作在这一领域中的关键作用。器官生物打印不仅仅是工程技术的突破，还涉及材料科学、生物学、医学等多个学科的密切协作。研究团队呼吁更多的科研机构和企业加入这一行列，共同推动技术朝着临床应用方向发展。
展望未来，器官生物打印将在再生医学、个性化治疗以及药物筛选等多个领域展现出广阔的应用前景。例如，工程化的生物打印器官不仅可以精确模拟器官的解剖结构，还具备功能性，为各种研究提供了重要平台。文章提出了如何进一步提高材料性能和如何促使这些工程化器官在实际应用中实现广泛应用的新见解。这些新见解将有助于解决当前器官短缺和移植排斥等重大医疗挑战，推动再生医学领域的发展。
图2. 生物打印的组织和器官的临床转化路径和伦理学考量。
中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所副研究员于寅与副研究员陈飞，宾夕法尼亚州立大学教授Ibrahim T. Ozbolat为本文的共同通讯作者，研究助理王象以及张迪为共同第一作者，技术员赖嘉琪、邓国滔，宾夕法尼亚州立大学Yogendra Pratap Singh和Miji Yeo等对本文撰写也做出重要贡献。工作获得了包括国家自然科学基金面上项目、深圳市科技重大专项、深圳市材料合成生物学重点实验室等项目的支持。
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