來自全球大學、科研機構和醫院的研究人員和科學家聚集在一起，為3D生物打印領域制定了發展路線圖，并在《生物制造》雜志上發表了論文。這篇論文詳細介紹了生物打印的現狀、該技術在特定應用中的最新進展以及當前的發展和挑戰。它還預想了該技術在未來如何改進，并詳細介紹了特定路線圖的研究方向。
每個論文作者都從事著生物印刷領域不同主題的工作，以專注于研究。這些主題涉及從細胞擴增和新型生物墨水開發到細胞/干細胞印刷，從基于類器官的組織到人體規模組織結構的生物印刷，以及從構建細胞/組織/單體器官到生物制造、多細胞工程化的活體等方面。
作者在解釋生物3D打印路線圖的必要性時，在論文摘要中解釋說：“生物印刷技術方法論正在迅速發展和推廣應用，但該領域未來的發展方向尚不明確。此生物印刷路線圖通過提供全面的摘要和建議，來解決這一迫切的需求，這些摘要和建議對有經驗的研究人員和該領域的新手都有指導作用。”
在論文的引言中，費城德雷塞爾大學和中國清華大學工程學院的客座教授孫偉解釋了一般生物打印必須克服的挑戰。這些工作圍繞著新一代生物墨水的創建而展開，這些生物墨水能夠更好地為細胞起到輸送、保護和促進生長作用。改進生物印刷工藝、有效交聯、與微流體設備集成，為培養生物3D打印模型提供了長期的模擬生理環境。
論文的第一部分“從細胞擴增到細胞3D打印”，討論了細胞擴增在生物打印過程中的重要性。報告指出，需要改進基于生物反應器的細胞擴增系統，以提高生物醫學在再生醫學和人工組織領域的采用率。基于生物反應器的系統，相比利用平板培養方式的傳統方法能夠更快地擴增細胞。
接下來，作者還研究了對生物打印過程至關重要的生物墨水。盡管在用于生物印刷的生物墨水工程學方面取得了重大進展，但該論文指出，仍然需要大量的工作以提升細胞在微環境中的封裝程度，從而改善天然組織、器官的復制及其復雜性。
論文涉及的另一個主題是干細胞的生物打印。研究人員稱，由于其作為細胞源的強大可再生性，以及在人體內分化和成熟為多種細胞類型的潛力，這一領域保持了“對生物醫學研究和應用的巨大希望”。但是，在實發掘干細胞生物打印的全部潛力之前，仍有許多障礙和挑戰需要克服。這些障礙概括為三個方面：物理印刷效應對干細胞生物印刷的影響；生物墨水的特性；以及3D培養的干細胞的生物學挑戰。最近，多倫多大學（UoT）和森尼布魯克健康科學中心的研究人員開發了一種能夠可以治愈燒傷創面的干細胞生物3D打印紙。
論文繼續討論“大規模有效地生產類器官或細胞聚集體”。類器官是有用的，因為它們有效地模仿了體內組織或器官的生理微觀結構。大規模生產類器官的一個重大障礙是生產成本高和生產困難。
研究人員還探索了3D打印的生物雜交組織，作為研究疾病的體外生物學模型。3D生物打印通過使組織具有精確的細胞空間排列，從而具有創造更好的疾病模型的潛力。體內組織的許多功能不可或缺，但用于評估藥物反應時，卻無法在生物打印中成功復制。這包括多層屏障功能以控制外用藥物的透皮遞送；而研究人員發現可以通過創建3D打印的生物雜交組織來復制這種功能，從而更好地進行藥物試驗。
除了進一步探索組織合成、單片器官發育和多細胞工程化的生活系統外，該論文還研究了外層空間的生物打印。多虧了微重力，在太空進行生物打印的一個優勢是創造了具有更多流體形狀、生物相容性的生物膜3D打印結構。此外，微重力條件允許對更復雜幾何形狀（如空隙、空腔和孔道）的組織和器官構造進行3D生物打印。
美國、歐盟、俄羅斯和中國的數個研究小組和公司已經在探索這種努力，他們正在積極準備在太空進行生物打印所需的研究設施和設備。例如，3D生物制造設施已經在國際空間站（ISS）上開始試驗。包含用于生物制造設施的3D打印耗材的有效載荷，已經運送到國際空間站用于保存人體細胞、生物墨水和新的3D打印陶瓷流體歧管的樣品，以代替以前使用的打印聚合物材料。3D生物打印解決方案俄羅斯生物技術研究實驗室也將其磁性3D生物打印機Organ.Aut安裝在國際空間站上。該公司最近能夠在零重力下對骨骼組織進行生物3D打印。
每個論文作者都從事著生物印刷領域不同主題的工作，以專注于研究。這些主題涉及從細胞擴增和新型生物墨水開發到細胞/干細胞印刷，從基于類器官的組織到人體規模組織結構的生物印刷，以及從構建細胞/組織/單體器官到生物制造、多細胞工程化的活體等方面。
作者在解釋生物3D打印路線圖的必要性時，在論文摘要中解釋說：“生物印刷技術方法論正在迅速發展和推廣應用，但該領域未來的發展方向尚不明確。此生物印刷路線圖通過提供全面的摘要和建議，來解決這一迫切的需求，這些摘要和建議對有經驗的研究人員和該領域的新手都有指導作用。”
圖片說明生物打印技術的進步 圖源 Biofabrication
在論文的引言中，費城德雷塞爾大學和中國清華大學工程學院的客座教授孫偉解釋了一般生物打印必須克服的挑戰。這些工作圍繞著新一代生物墨水的創建而展開，這些生物墨水能夠更好地為細胞起到輸送、保護和促進生長作用。改進生物印刷工藝、有效交聯、與微流體設備集成，為培養生物3D打印模型提供了長期的模擬生理環境。
論文的第一部分“從細胞擴增到細胞3D打印”，討論了細胞擴增在生物打印過程中的重要性。報告指出，需要改進基于生物反應器的細胞擴增系統，以提高生物醫學在再生醫學和人工組織領域的采用率。基于生物反應器的系統，相比利用平板培養方式的傳統方法能夠更快地擴增細胞。
圖片說明用于生物印刷的生物油墨
接下來，作者還研究了對生物打印過程至關重要的生物墨水。盡管在用于生物印刷的生物墨水工程學方面取得了重大進展，但該論文指出，仍然需要大量的工作以提升細胞在微環境中的封裝程度，從而改善天然組織、器官的復制及其復雜性。
論文涉及的另一個主題是干細胞的生物打印。研究人員稱，由于其作為細胞源的強大可再生性，以及在人體內分化和成熟為多種細胞類型的潛力，這一領域保持了“對生物醫學研究和應用的巨大希望”。但是，在實發掘干細胞生物打印的全部潛力之前，仍有許多障礙和挑戰需要克服。這些障礙概括為三個方面：物理印刷效應對干細胞生物印刷的影響；生物墨水的特性；以及3D培養的干細胞的生物學挑戰。最近，多倫多大學（UoT）和森尼布魯克健康科學中心的研究人員開發了一種能夠可以治愈燒傷創面的干細胞生物3D打印紙。
手持式3D生物打印機
論文繼續討論“大規模有效地生產類器官或細胞聚集體”。類器官是有用的，因為它們有效地模仿了體內組織或器官的生理微觀結構。大規模生產類器官的一個重大障礙是生產成本高和生產困難。
研究人員還探索了3D打印的生物雜交組織，作為研究疾病的體外生物學模型。3D生物打印通過使組織具有精確的細胞空間排列，從而具有創造更好的疾病模型的潛力。體內組織的許多功能不可或缺，但用于評估藥物反應時，卻無法在生物打印中成功復制。這包括多層屏障功能以控制外用藥物的透皮遞送；而研究人員發現可以通過創建3D打印的生物雜交組織來復制這種功能，從而更好地進行藥物試驗。
除了進一步探索組織合成、單片器官發育和多細胞工程化的生活系統外，該論文還研究了外層空間的生物打印。多虧了微重力，在太空進行生物打印的一個優勢是創造了具有更多流體形狀、生物相容性的生物膜3D打印結構。此外，微重力條件允許對更復雜幾何形狀（如空隙、空腔和孔道）的組織和器官構造進行3D生物打印。
宇航員Christina Koch在國際空間站上進行生物打印試驗
美國、歐盟、俄羅斯和中國的數個研究小組和公司已經在探索這種努力，他們正在積極準備在太空進行生物打印所需的研究設施和設備。例如，3D生物制造設施已經在國際空間站（ISS）上開始試驗。包含用于生物制造設施的3D打印耗材的有效載荷，已經運送到國際空間站用于保存人體細胞、生物墨水和新的3D打印陶瓷流體歧管的樣品，以代替以前使用的打印聚合物材料。3D生物打印解決方案俄羅斯生物技術研究實驗室也將其磁性3D生物打印機Organ.Aut安裝在國際空間站上。該公司最近能夠在零重力下對骨骼組織進行生物3D打印。
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