盤點：2023年生物3D打印都在做哪些研究？
時間：2023-11-29 09:06 來源：醫工融合轉化 作者：admin 閱讀：次
生物3D打印是一項引人入勝的前沿科技，其背后有著令人嘆為觀止的歷史和科學背景。其發展根植于多個領域的交叉融合，為未來的醫學、生物工程和生物學研究開辟了嶄新的可能性。生物3D打印的背景可以追溯到3D打印技術的崛起。3D打印最早出現在20世紀80年代，它允許人們將數字設計轉化為實體對象，如機械零件和原型模型。這為制造業帶來了巨大的革命，但很快科學家們開始思考如何將這一技術應用于生物領域。
20世紀80年代末，3D打印作為一種新型的制造技術首次亮相；
90年代末，3D打印首次在醫療領域發揮作用，初期主要用于定制假肢；
2011年，荷蘭老嫗下顎骨用3D打印金屬代替標志3D打印移植物開始進入臨床應用時代
時至2023，生物3D打印已經取得突破性進展。生物3D打印的發展離不開對生物材料和細胞工程的深入研究。生物科學家們努力尋找適合打印的生物材料，包括細胞、細胞外基質和生物墨水，也研究如何控制這些生物材料的生長和分化以及在打印過程中形成復雜的生物結構。
作為一項快速發展的技術，其具有許多創新的應用領域，如個性化醫療、人工器官和組織模型、藥物遞送系統、傳感和軟體機器人等。為了讓大家進一步了解3D打印在生物醫學領域的應用，EFL為大家整理了2023年關于生物3D打印的9篇高質量綜述，讓我們一起來深入探索目前生物3D打印的最新的材料、技術和應用發展吧！
綜述1：用于組織工程的異質結構多材料3D和4D生物打印
期刊及發表時間：Advanced Materials （IF 29.4） 2023-09-22
應用方向：組織工程
主要內容：基于離散材料逐層成形和堆疊原理的增材制造（AM）在組織工程（TE）復雜植入物的制造中顯示出顯著的優勢。然而，許多天然組織表現出各向異性的異質結構，具有不同的成分和功能。因此，使用基于單一材料的傳統AM工藝來成型復雜的仿生結構具有挑戰性。多材料3D和4D生物打印（以時間為第四個維度）已經成為一種可能的解決方案，用于構建具有異質結構的多功能植入物，可以比單一材料更好地模擬宿主微環境。本文介紹了仿生異質結構在TE應用中的典型設計策略，討論了異質組織結構的多材料3D和4D生物打印的最新工藝，特別強調了智能多功能組織結構的多材料4D生物打印的潛力。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1002/adma.202307686
綜述2：聚合物復合材料的3D打印制造可穿戴傳感器：全面回顧
期刊及發表時間：Materials Science and Engineering：R：Reports （IF 31.0） 2023-05-13
應用方向：可穿戴傳感器
主要內容：可穿戴傳感器在醫療保健系統、人體運動檢測、機器人和人機交互等領域的應用引起了人們的極大關注，而這些應用需要可拉伸、柔性和非侵入性的材料。聚合物復合材料現在處于研究的前沿，有潛力制備出創新的可穿戴傳感器。3D打印技術可用于獲得高度定制和可擴展的聚合物復合材料，以制造可穿戴傳感器，這對于傳統制造技術來說是一項具有挑戰性的任務。本文綜述了常用的導電納米材料和3D打印技術在制備可穿戴設備中的應用前景。隨后，討論了3D打印可穿戴傳感器的研究進展、傳感機制和性能，如應變、壓力、溫度和濕度傳感等。此外，還重點介紹了新型3D打印多功能傳感器，如多向、多模態、自修復、自供電、原位打印和超聲波傳感器。闡明了今后研究發展面臨的挑戰和趨勢。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.mser.2023.100734
綜述3：3D打印在傷口愈合中的應用：干細胞體外輸送和抗菌
期刊及發表時間：Advanced Drug Delivery Reviews （IF 16.1） 2023-04-15
應用方向：傷口愈合
主要內容：隨著全球慢性傷口患者數量的增加，患者的經濟負擔和社會壓力日益增加。干細胞因其來源豐富、多向分化能力強、增殖速度快等特點而成為組織工程種子細胞。然而，將它們用于皮膚損傷的體外治療仍然具有挑戰性。此外，傷口部位和環境的細菌可以顯著影響傷口愈合。在過去的十年中，3D生物打印極大地豐富了細胞傳遞系統。該技術制備的支架可以在細胞內精確定位，并具有抗菌作用。這篇綜述總結了基于生物3D打印的干細胞體外輸送及其抗生素對傷口愈合的促進作用。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.addr.2023.114823
綜述4：用于生物醫學應用的生物功能化3D打印結構：對最新進展和未來前景的批判性回顧
期刊及發表時間：Progress in Materials Science （IF 37.4） 2023-03-30
應用方向：功能化生物材料
主要內容：目前革命性醫療保健的最大趨勢之一是引入先進的增材制造技術，也稱為3D打印，用于個性化，可再生和可獲得的治療。由物理信號和生化信號控制的生物活性對這種廣泛的新興治療至關重要。這篇綜述批判性地研究了目前用于將生物分子固定在3D打印結構上的生物功能化方法的能力和局限性，概述了最佳生物功能化方法的相關考慮因素，并確定了常見的共同要求。在材料、生物分子、細胞、其他固定方法和進一步應用方面，探索了擴展和改進的機會。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101124
綜述5：用于個性化骨保健的再生生物材料的設計、印刷和工程
期刊及發表時間：Progress in Materials Science （IF 37.4） 2023-01-16
應用方向：骨組織工程
主要內容：隨著全球老齡化的發生，與創傷和疾病相關的骨骼缺陷和疾病正困擾著數百萬人。最近，增材制造（AM）和骨組織工程（BTE）的融合開啟了一個“個性化骨保健”時代，“設計”，“打印”和“工程”輸入以產生定制的3D架構（生物）支架，根據相關的AM范式，以解決宿主組織的生物/病理復雜性。本文對該領域的基本理論、范例、生物材料或墨水的選擇、不同類型的3D打印最新進展和未來趨勢等進行了系統的綜述。本綜述可為下一代骨保健用AM生物材料的設計、開發和應用提供有益的指導。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101072
20世紀80年代末，3D打印作為一種新型的制造技術首次亮相；
90年代末，3D打印首次在醫療領域發揮作用，初期主要用于定制假肢；
2011年，荷蘭老嫗下顎骨用3D打印金屬代替標志3D打印移植物開始進入臨床應用時代
時至2023，生物3D打印已經取得突破性進展。生物3D打印的發展離不開對生物材料和細胞工程的深入研究。生物科學家們努力尋找適合打印的生物材料，包括細胞、細胞外基質和生物墨水，也研究如何控制這些生物材料的生長和分化以及在打印過程中形成復雜的生物結構。
作為一項快速發展的技術，其具有許多創新的應用領域，如個性化醫療、人工器官和組織模型、藥物遞送系統、傳感和軟體機器人等。為了讓大家進一步了解3D打印在生物醫學領域的應用，EFL為大家整理了2023年關于生物3D打印的9篇高質量綜述，讓我們一起來深入探索目前生物3D打印的最新的材料、技術和應用發展吧！
綜述1：用于組織工程的異質結構多材料3D和4D生物打印
期刊及發表時間：Advanced Materials （IF 29.4） 2023-09-22
應用方向：組織工程
主要內容：基于離散材料逐層成形和堆疊原理的增材制造（AM）在組織工程（TE）復雜植入物的制造中顯示出顯著的優勢。然而，許多天然組織表現出各向異性的異質結構，具有不同的成分和功能。因此，使用基于單一材料的傳統AM工藝來成型復雜的仿生結構具有挑戰性。多材料3D和4D生物打印（以時間為第四個維度）已經成為一種可能的解決方案，用于構建具有異質結構的多功能植入物，可以比單一材料更好地模擬宿主微環境。本文介紹了仿生異質結構在TE應用中的典型設計策略，討論了異質組織結構的多材料3D和4D生物打印的最新工藝，特別強調了智能多功能組織結構的多材料4D生物打印的潛力。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1002/adma.202307686
綜述2：聚合物復合材料的3D打印制造可穿戴傳感器：全面回顧
期刊及發表時間：Materials Science and Engineering：R：Reports （IF 31.0） 2023-05-13
應用方向：可穿戴傳感器
主要內容：可穿戴傳感器在醫療保健系統、人體運動檢測、機器人和人機交互等領域的應用引起了人們的極大關注，而這些應用需要可拉伸、柔性和非侵入性的材料。聚合物復合材料現在處于研究的前沿，有潛力制備出創新的可穿戴傳感器。3D打印技術可用于獲得高度定制和可擴展的聚合物復合材料，以制造可穿戴傳感器，這對于傳統制造技術來說是一項具有挑戰性的任務。本文綜述了常用的導電納米材料和3D打印技術在制備可穿戴設備中的應用前景。隨后，討論了3D打印可穿戴傳感器的研究進展、傳感機制和性能，如應變、壓力、溫度和濕度傳感等。此外，還重點介紹了新型3D打印多功能傳感器，如多向、多模態、自修復、自供電、原位打印和超聲波傳感器。闡明了今后研究發展面臨的挑戰和趨勢。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.mser.2023.100734
綜述3：3D打印在傷口愈合中的應用：干細胞體外輸送和抗菌
期刊及發表時間：Advanced Drug Delivery Reviews （IF 16.1） 2023-04-15
應用方向：傷口愈合
主要內容：隨著全球慢性傷口患者數量的增加，患者的經濟負擔和社會壓力日益增加。干細胞因其來源豐富、多向分化能力強、增殖速度快等特點而成為組織工程種子細胞。然而，將它們用于皮膚損傷的體外治療仍然具有挑戰性。此外，傷口部位和環境的細菌可以顯著影響傷口愈合。在過去的十年中，3D生物打印極大地豐富了細胞傳遞系統。該技術制備的支架可以在細胞內精確定位，并具有抗菌作用。這篇綜述總結了基于生物3D打印的干細胞體外輸送及其抗生素對傷口愈合的促進作用。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.addr.2023.114823
綜述4：用于生物醫學應用的生物功能化3D打印結構：對最新進展和未來前景的批判性回顧
期刊及發表時間：Progress in Materials Science （IF 37.4） 2023-03-30
應用方向：功能化生物材料
主要內容：目前革命性醫療保健的最大趨勢之一是引入先進的增材制造技術，也稱為3D打印，用于個性化，可再生和可獲得的治療。由物理信號和生化信號控制的生物活性對這種廣泛的新興治療至關重要。這篇綜述批判性地研究了目前用于將生物分子固定在3D打印結構上的生物功能化方法的能力和局限性，概述了最佳生物功能化方法的相關考慮因素，并確定了常見的共同要求。在材料、生物分子、細胞、其他固定方法和進一步應用方面，探索了擴展和改進的機會。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101124
綜述5：用于個性化骨保健的再生生物材料的設計、印刷和工程
期刊及發表時間：Progress in Materials Science （IF 37.4） 2023-01-16
應用方向：骨組織工程
主要內容：隨著全球老齡化的發生，與創傷和疾病相關的骨骼缺陷和疾病正困擾著數百萬人。最近，增材制造（AM）和骨組織工程（BTE）的融合開啟了一個“個性化骨保健”時代，“設計”，“打印”和“工程”輸入以產生定制的3D架構（生物）支架，根據相關的AM范式，以解決宿主組織的生物/病理復雜性。本文對該領域的基本理論、范例、生物材料或墨水的選擇、不同類型的3D打印最新進展和未來趨勢等進行了系統的綜述。本綜述可為下一代骨保健用AM生物材料的設計、開發和應用提供有益的指導。
原文鏈接：https：//doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101072
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