陳紹華，徐 浩，王擁軍，梁倩倩＊＊

（1. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院 上海 200032；2. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院天山分院 上海 200051）

新藥研發(fā)需要很長的時(shí)間周期和大量資金的投入[1]。高通量藥物篩選是新藥研發(fā)的重要方法，該方法縮短了新藥的研發(fā)周期，降低了成本；同時(shí)藥篩模型可以重復(fù)應(yīng)用，節(jié)省了資源；但也存在著不足，現(xiàn)有大多數(shù)平臺都是使用2D 培養(yǎng)法，主要從分子、細(xì)胞水平進(jìn)行藥物篩選，不能體現(xiàn)各細(xì)胞以及細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)之間的關(guān)系，不能體現(xiàn)藥物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝及排泄等過程。于是，3D 細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它能模仿體內(nèi)各級組織結(jié)構(gòu)的組成，相比于2D 模型更加接近體內(nèi)的狀態(tài)，3D體外模型正在成為傳統(tǒng)的2D 模型和體內(nèi)動物模型之間的橋梁[2]。3D 模型可以逼真的模仿天然組織，提高了藥物發(fā)現(xiàn)過程中尋找候選藥物的藥效和毒副作用的能力，極大地提高了藥篩的進(jìn)程，加快了新藥進(jìn)入臨床應(yīng)用的速度。然而，3D模型的體外制造仍然是3D 模型建立的瓶頸，而3D 打印制造技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展將有助于我們?nèi)ネ黄七@個(gè)瓶頸。

3D打印制造技術(shù)正快速地向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域滲透。從第一臺3D 生物打印機(jī)問世，在過去短短8年時(shí)間里取得了快速發(fā)展。PENG W 等人就曾撰文指出3D 打印相關(guān)組織模型的可能性，認(rèn)為這項(xiàng)新技術(shù)在建立生理病理體外模型和高通量藥物篩選中具有巨大的潛力和發(fā)展前景[3]。伴隨著生物打印技術(shù)的革新，以及生物打印材料的不斷進(jìn)步，其在組織工程學(xué)、藥物研發(fā)以及再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速。3D 生物打印技術(shù)是基于全面收集的被打印組織的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)軟件分析建立三維模型，通過3D 生物打印機(jī)裝配特制的生物墨水，最終打印制造出人造組織、器官和其它生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的新科技手段[4]。它是生物材料和活細(xì)胞在指定的組織中同步定位、逐層堆疊，進(jìn)行3D 結(jié)構(gòu)的制造，并且在活細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA 及生長因子等生物活性物質(zhì)的時(shí)空定位上具有很高的精度，可以誘導(dǎo)組織的生成和形成。細(xì)胞可以直接使用打印機(jī)流體分配裝置打印，或者直接打印出生理病理的相關(guān)組織模型，甚者直接細(xì)胞書寫（DCW）創(chuàng)建一個(gè)3D 仿生微型器官，這在體外建模和高通量藥物篩選中具有深刻的意義[5-8]。這些小型化系統(tǒng)已成為極具吸引力的組織工程和藥篩的應(yīng)用程序[9]。體外系統(tǒng)的3D 生物打印可以模擬制造出復(fù)雜的仿生器官和生理反應(yīng)模型，并通過精確地操控細(xì)胞和它們的微環(huán)境來測試藥物，它將更容易將機(jī)械和電子元件、數(shù)字芯片結(jié)合，以便商業(yè)化的自動大規(guī)模生產(chǎn)[10]。藥物篩選模型的制備就是應(yīng)用特定的生物墨水，通過排列組合或者相應(yīng)影響因素的作用下，打印出直接或間接的生理、病理模型，用于研究在復(fù)雜環(huán)境下干細(xì)胞的分化和高通量藥物篩選測試[11,12]。

1 生物墨水、生物打印方式的探索研究

提到3D 生物打印模型平臺建立的過程，就不得不提生物墨水，生物墨水通常由細(xì)胞、聚合物和添加劑組成的細(xì)胞懸浮溶液。目前可應(yīng)用于有效3D 打印的生物墨水相對匱乏，仍然是制約3D 生物打印快速發(fā)展的瓶頸，因此，在開發(fā)用于3D 生物打印的生物墨水方面同樣有大量工作要做。目前常用的生物墨水主要有細(xì)胞聚集物（組織球體、細(xì)胞顆粒和組織鏈）、微載體、脫細(xì)胞基質(zhì)成分、纖維蛋白、膠原、透明質(zhì)酸、聚己內(nèi)酯、聚乙二醇、各種類型水凝膠、藻酸鹽等，雖然其通用性優(yōu)良，但是針對特定細(xì)胞并誘導(dǎo)分化還相對局限[13-24]。目前3D 生物打印有兩種方式，分別為基于支架的生物打印和無支架的生物打印。支架生物打印在藥物的傳遞研究及干細(xì)胞生物打印中是首選方法，目前常用的支架材料包括脫細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)和大量的天然或合成聚合物，具有廣泛的機(jī)械、生物相容性。LEE H 等人開發(fā)了一種用于3D 生物打印的肝臟脫細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)（dECM）的生物墨水，并評估了其特性：通過適當(dāng)?shù)挠∷?shù)，驗(yàn)證印刷過程的通用性和保真度；還評估了肝dECM 生物墨水與商業(yè)膠原生物墨水的干細(xì)胞分化和HepG2 細(xì)胞功能，發(fā)現(xiàn)肝dECM 生物墨水可誘導(dǎo)干細(xì)胞分化并增強(qiáng)HepG2細(xì)胞功能；因此，其所提出的肝臟dECM 生物墨水是一種更好的選擇[25]。Zhang B 等人提出了一種通過3D 打印方法構(gòu)建新型瓊脂糖3D 培養(yǎng)凹面微孔陣列的方法，以聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜為橋，制備出瓊脂糖膜，并用于肝細(xì)胞球體的形成，得到的共形成肝細(xì)胞球體保持了高活性和穩(wěn)定的肝特異性功能，這種工程瓊脂糖凹面微孔陣列是形成生物肝支持元件的潛在有用工具；它不僅可以應(yīng)用于人體器官損傷的治療，還將用于疾病模型和藥物篩選模型的開發(fā)[26]。除了上述有支架的生物打印方式外，還有無支架的生物打印，細(xì)胞可以在不使用任何外源性結(jié)構(gòu)的情況下增殖，在這種模式下，細(xì)胞通過鈣粘蛋白介導(dǎo)的粘附進(jìn)行自組裝，從而形成3D結(jié)構(gòu)[27,28]。生物墨水及打印方式等的研發(fā)是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，是3D 生物打印建立高通量藥篩平臺的基礎(chǔ)，未來研究人員將會研制出更多更好的生物墨水材料和打印方式應(yīng)用于各學(xué)科的研究工作。

2 各學(xué)科3D打印藥篩模型平臺建立的探索和應(yīng)用

2.1 血管領(lǐng)域

血管的3D 生物打印是體外重建有功能的人造組織或器官的重要的一環(huán)。作為概念驗(yàn)證，早在2012年，XU C 等人通過3D 噴墨生物打印成功地打印出具有懸垂結(jié)構(gòu)的成纖維細(xì)胞基管，采用此法可以在無支架的條件下制作管狀懸挑結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化印刷條件，即使在72 h 的溫育期之后，發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞存活率達(dá)82%以上（控制效果好的話可達(dá)93%），由此衍生出來的制作理念方法有助于進(jìn)一步研究打印幾何形狀更加復(fù)雜的組織工程血管，其前景巨大[29]。開發(fā)用于藥物篩選的仿生3D 組織結(jié)構(gòu)，工程血管應(yīng)被整合到所打印結(jié)構(gòu)中以模仿藥物給藥過程，可灌注的血管化3D組織結(jié)構(gòu)的仍然是一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，HASAN A 等人介紹了一種利用光交聯(lián)明膠水凝膠在微流控平臺上制備三層仿生血管樣結(jié)構(gòu)的新方法，血管的直徑、血管壁的總厚度和壁的每個(gè)單獨(dú)層的厚度是獨(dú)立控制的，這種制造工藝簡單而快速，允許在幾分鐘內(nèi)3D 打印制造血管結(jié)構(gòu)，并且在3-5 d 內(nèi)在血管內(nèi)形成血管內(nèi)皮細(xì)胞層，所制備的血管構(gòu)建體可潛在地用于許多應(yīng)用，包括藥物篩選、心血管疾病或癌癥轉(zhuǎn)移的體外模型的開發(fā)以及血管生物學(xué)和機(jī)械生物學(xué)的研究[30]。不僅對血管的管狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行生物打印重建，HORVáTH L等人還利用3D 生物打印技術(shù)對由內(nèi)皮細(xì)胞、基膜和上皮細(xì)胞層組成的人空氣-血液組織屏障的類似物進(jìn)行生物制造，該技術(shù)能夠自動重復(fù)地產(chǎn)生更薄和更均勻的細(xì)胞層，這是所需的最佳空氣-血液組織屏障，用于安全評估和藥物功效測試的高通量篩選，甚者這一生物打印平臺將為設(shè)計(jì)制造先進(jìn)的3D 肺模型提供了一個(gè)極好的工具[31]。

2.2 腫瘤領(lǐng)域

在過去，候選藥物是使用2D 培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞和動物模型來評估的，盡管臨床應(yīng)用前的測試取得成功，但是進(jìn)入臨床試驗(yàn)的大多數(shù)藥物還是以失敗而告終，高失敗率主要是由于當(dāng)前模型的反應(yīng)與人的反應(yīng)并不匹配，而通過3D 打印建立高通量藥篩平臺的是未來抗癌藥物研發(fā)的重要發(fā)展方向。PARK T 等人通過噴墨打印在成纖維細(xì)胞層納米纖維膜上連續(xù)沉積膠原懸浮的Hela 細(xì)胞，制造了多孔形式的腫瘤微組織陣列，基質(zhì)金屬蛋白酶2 和基質(zhì)金屬蛋白酶9 在腫瘤微陣列中的表達(dá)均高于無纖維母細(xì)胞微組織，用抗癌藥物處理制備的微組織，癌癥微組織對阿霉素的發(fā)生高耐藥，而無纖維母細(xì)胞微組織卻沒有發(fā)生耐藥，提示3D腫瘤微組織陣列可用于早期藥物篩選和3D腫瘤模型研究[32]。HAM S 等人以聚合物雙水相體系為基礎(chǔ)，將密度較大的水相與所需密度的癌細(xì)胞混合，使用3D 打印機(jī)，將一滴該細(xì)胞懸浮液分配到含有第二浸漬水相的384 微孔板的每個(gè)孔中，癌細(xì)胞保留在井底的水滴中，并在孵化過程中形成球體，打印機(jī)的使用確保了單個(gè)液滴的精確分配，從而在每個(gè)孔中形成單個(gè)尺寸均勻的球體；用標(biāo)準(zhǔn)的化療化合物阿霉素處理乳腺癌細(xì)胞球狀體的實(shí)驗(yàn)研究證明了這種方法在高通量藥物篩選中的潛力；與現(xiàn)有方法相比，這種球狀體培養(yǎng)微技術(shù)呈現(xiàn)出絕對的優(yōu)勢，例如藥物和活性試劑的添加顯得非常容易，能夠在不將球狀體轉(zhuǎn)移到新平板上的情況下分析球狀體，以及不需要專門的平板或裝置來形成球狀體[33]。多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是人類原發(fā)性腦癌中最常見、最惡性的腫瘤，藥物治療仍然是最有效的治療方法之一，F(xiàn)AN Y 等人開發(fā)了一種由可光聚合的聚乙二醇二丙烯酸酯組成的水凝膠，通過快速光刻生產(chǎn)，在其中培養(yǎng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞（U87），最后在芯片上形成3D 腦癌組織；并使用該GBM 芯片進(jìn)行匹伐他汀和伊立替康的聯(lián)合治療，結(jié)果表明，該芯片可有效形成GBM 腫瘤球體，具備多次同時(shí)給藥和高通量藥物測試的能力，有望成為一個(gè)強(qiáng)大平臺[34]。這些方法不僅應(yīng)用在抗癌藥物的研發(fā)領(lǐng)域，還有望推廣用于其他臨床研究，加快新藥的研發(fā)。

2.3 肝臟領(lǐng)域

目前在肝臟生理、病理模型建立的研究領(lǐng)域里，通過3D 打印建立模型平臺的案例越來越多，這也為其他學(xué)科模型平臺的建立提供了有益參考。肝臟作為人體的重要器官，在人體中起著重要作用；臨床治療中由于藥物導(dǎo)致肝損傷的高發(fā)，因此對于藥物研發(fā)中的肝毒性檢測尤為重要，在2016 年KNOWLTON S等人報(bào)道建立了一種可用于肝毒性檢測的肝組織模型，該模型是通過3D 打印微流控裝置將肝球體封裝在水凝膠支架中并用于藥物肝臟毒性的檢測[35]。TOURLOMOUSIS F 等人首次提出將水凝膠封裝的肝細(xì)胞3D 打印到微通道的圖案化的陣列中，使其精確地嵌入到三維動態(tài)微器官裝置，灌注藥物通過肝細(xì)胞進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，經(jīng)過計(jì)算等驗(yàn)證機(jī)械傳導(dǎo)數(shù)據(jù)、確定流出藥物和其代謝的分布[36]。雖然上述實(shí)驗(yàn)只是3D打印肝模型有效性的研究和嘗試，但是這已經(jīng)大大簡化了在芯片上器官模型的制造過程。由于肝衰竭和藥物性肝損傷后供肝不足，許多研究集中在開發(fā)供肝替代物和供肝體外模型，用于移植和藥物篩選。盡管已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，但是這些模型還不能完全模擬肝臟的復(fù)雜性，從肝臟分離出的原代肝細(xì)胞與體內(nèi)天然肝細(xì)胞非常相似，但它們在2D 培養(yǎng)中壽命有限，盡管可以使用夾層培養(yǎng)物和間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）延長其壽命，但是它不能完全再現(xiàn)體內(nèi)結(jié)構(gòu)；此外，長時(shí)間的2D 培養(yǎng)導(dǎo)致細(xì)胞缺氧死亡；而3D 生物打印技術(shù)已經(jīng)成為克服這一限制的創(chuàng)新技術(shù)之一。KIM Y等人嘗試先從6-8 周齡小鼠肝臟中分離小鼠原代肝細(xì)胞，利用3D生物打印系統(tǒng)制作細(xì)胞-海藻酸鹽結(jié)構(gòu)，結(jié)果3D打印的肝細(xì)胞存活達(dá)14 d，這個(gè)結(jié)果使得3D生物印刷技術(shù)可用于原代肝細(xì)胞的長期培養(yǎng)以用于藥物篩選，并將成為生產(chǎn)人造肝臟的潛在方法；之后他們更進(jìn)一步嘗試使用人原代肝細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的藻酸鹽水凝膠的3D 打印技術(shù)，分離的肝細(xì)胞存活率在90%以上，細(xì)胞存活7 d，在MSCs作用下，3D肝臟結(jié)構(gòu)沒有形態(tài)學(xué)變化，這些結(jié)果表明，3D 生物打印技術(shù)和MSCs 分泌的旁分泌分子都支持肝細(xì)胞的長期培養(yǎng)，而不會造成細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化，因此，這種技術(shù)允許細(xì)胞在形成多細(xì)胞聚集體的同時(shí)廣泛擴(kuò)增，可以應(yīng)用于藥物篩選，并且成為開發(fā)人造肝臟的有效方法[37,38]。另外有報(bào)道稱也可以通過水凝膠的不同形態(tài)和空間結(jié)構(gòu)將人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞通過3D 打印技術(shù)嵌入其中，研究者發(fā)現(xiàn)其具備更加完善的形態(tài)學(xué)組織、更高的肝特異性基因表達(dá)水平、增加的代謝產(chǎn)物分泌和增強(qiáng)的細(xì)胞色素P450誘導(dǎo)，從而使得3D 仿生肝臟模型得以開發(fā)出來，該模型同樣再現(xiàn)了天然肝臟模塊結(jié)構(gòu)，可用于早期藥物篩選和疾病建模[39]。此外，在肝臟疾病模型的建立的研究中，ORTEGA-PRIETO A 等人撰文描述了一個(gè)3D 微流體原代人肝細(xì)胞系統(tǒng)允許乙型肝炎病毒（HBV）感染，并可以保持至少40 d。該系統(tǒng)能夠?qū)BV 生命周期的所有步驟進(jìn)行概括，從而為HBV 研究提供了一個(gè)有價(jià)值的臨床前平臺[40]。

2.4 腎臟領(lǐng)域

生物打印的肝臟模型和腎臟模型對于制藥行業(yè)都具有極大的商業(yè)價(jià)值。亞毫米級流體系統(tǒng)“芯片腎”平臺的發(fā)展，不僅能夠體外再現(xiàn)腎臟功能，還將會對生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生影響深遠(yuǎn)，包括藥物篩選、細(xì)胞和組織工程、毒性測試和疾病建模，SOCHOL R 等人論述了3D 生物打印“芯片腎”平臺和最先進(jìn)的亞毫米級3D打印方法發(fā)展的最新進(jìn)展，重點(diǎn)是生物物理和建造能力，并討論了基于3D 打印的方法擴(kuò)展“芯片腎”系統(tǒng)功效的潛力[41]。HOMAN K 等人報(bào)告了一種用于創(chuàng)建體外人腎近曲小管的3D 生物打印方法，將其完全嵌入在細(xì)胞外基質(zhì)中，并安置在可灌注的組織芯片中，可維持超過兩個(gè)月，這種芯片上的3D 近曲小管相對于2D 控件上生長的相同細(xì)胞，它的上皮形態(tài)和功能特性均顯著增強(qiáng)，當(dāng)加入腎毒素環(huán)孢素A 達(dá)到一定劑量時(shí)，上皮屏障則被破壞。3D生物打印方法具備按需編程制造先進(jìn)的人體腎組織模型的潛力[42]。目前在腎臟領(lǐng)域3D 生物打印還有待科研人員繼續(xù)探索并深入研究。

2.5 心臟領(lǐng)域

由于天然心肌的層次結(jié)構(gòu)，心臟組織和器官模型的構(gòu)建仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。整合血管的需求也帶來了更大的復(fù)雜性，限制了現(xiàn)有的可用于合成心血管器官的方法，通過探索，ZHANG Y 提出了一種新的基于3D 生物打印的混合策略，以制造內(nèi)皮化心肌，通過使用自制特定的復(fù)合生物墨水，內(nèi)皮細(xì)胞在微纖維水凝膠支架內(nèi)直接活剝，逐漸向微纖維邊緣轉(zhuǎn)移，形成一層融合的內(nèi)皮，之后在三維內(nèi)皮細(xì)胞床上植入心肌細(xì)胞，生成能夠自發(fā)和同步收縮的排列整齊的心??；他們進(jìn)一步將這些有機(jī)化合物嵌入到一個(gè)特別設(shè)計(jì)的微流體灌注生物反應(yīng)器中，以完成內(nèi)皮化-心肌的心血管評估平臺，通過該技術(shù)可以構(gòu)建內(nèi)皮化的人心?。?D生物打印內(nèi)皮化有機(jī)化合物技術(shù)可能在再生醫(yī)學(xué)、藥物篩選和疾病建模中得到廣泛應(yīng)用[43]。為了更好地對藥物反應(yīng)進(jìn)行全面評估，建立多個(gè)器官模型如心-肝-腎模型，來創(chuàng)建出更接近人體實(shí)際的具有預(yù)測性的微型化人體的平臺，該平臺甚至有可能成為代替臨床前動物實(shí)驗(yàn)的最佳平臺。

2.6 骨科領(lǐng)域

由于全球人口的老齡化，骨病發(fā)病率急劇上升。骨缺損、骨折和骨壞死導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降。自體骨、異體骨、異種骨及生物型假體已經(jīng)被用于克服不同類型的骨缺損及假體置換手術(shù)，盡管被廣泛使用，但是假體耐久度相對較短，免疫排斥或植入失敗也很常見，需要開發(fā)新的骨替代物。Correia T 等人使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型或醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，通過3D 打印快速原型技術(shù)來制造3D 磷酸三鈣/海藻酸鈉支架，直接加入銀納米顆粒制備的復(fù)合支架具有良好的力學(xué)性能、生物相容性和殺菌活性，是目前最適合用于骨組織再生的復(fù)合支架[44]。在臨床上，污染或感染導(dǎo)致的骨缺損的治療非常棘手，而具有骨應(yīng)力傳導(dǎo)和抗菌性能的骨替代物代表了更先進(jìn)的治療策略，YANG Y 等人研究將季銨鹽殼聚糖（羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖，HACC）植入到由聚乳酸-聚乙交酯和羥基磷灰石（HA）組成的3D 打印支架上，發(fā)現(xiàn)所合成的復(fù)合支架在體外和體內(nèi)條件下均能降低細(xì)菌粘附和生物膜形成，支架上固定HACC可以有效地破壞微生物膜，使用的人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，更有利于細(xì)胞附著、增殖、擴(kuò)散和成骨分化，并通過動物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行生物相容性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)HA 結(jié)合支架具有良好的新生血管形成和組織整合能力，在治療骨感染的臨床應(yīng)用上具有良好前景，顯示出顯著增強(qiáng)的抗菌活性，特別是對耐抗生素菌株的抗菌活性，以及良好的成骨活性和生物相容性，為臨床治療感染性骨缺損提供了一種有效的多孔復(fù)合支架[45]。目前骨科領(lǐng)域的3D 生物打印技術(shù)還多停留在骨替代物、假體的制造上，而對于骨科領(lǐng)域血管化仿生關(guān)節(jié)及常見慢性筋骨病、風(fēng)濕及類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病的3D 打印藥篩平臺的設(shè)計(jì)制造目前尚無報(bào)道，這也將是今后重點(diǎn)研究的新領(lǐng)域。

3 中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究

3D 生物打印技術(shù)作為新興技術(shù)在中醫(yī)藥研究領(lǐng)域目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道，該技術(shù)在自動化、高通量、精確的空間控制以及協(xié)同培養(yǎng)和分層結(jié)構(gòu)制造等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。可以預(yù)見的是通過3D 生物打印技術(shù)，我們將可以快速、精確、廉價(jià)的制造出各種高通量藥物篩選平臺，大大降低3D 體外系統(tǒng)建立的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本。樣品是高通量藥物篩選的物質(zhì)基礎(chǔ)，中醫(yī)藥就是這個(gè)大規(guī)模的樣品庫，將這些各學(xué)科領(lǐng)域成熟的高通量藥物篩選平臺用于中藥活性成分研究與發(fā)現(xiàn)、中藥單體研究及大規(guī)模篩選、中藥復(fù)方作用機(jī)理的研究以及中醫(yī)疾病治療的機(jī)制研究等方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。

我們知道整體觀念是中醫(yī)學(xué)的重要思想，認(rèn)為人是一個(gè)有機(jī)整體，構(gòu)成人體的各組成部分之間結(jié)構(gòu)上不可分割，功能上相互協(xié)調(diào)補(bǔ)充，病理上又相互影響；為了能夠更加準(zhǔn)確地模擬預(yù)測人體內(nèi)藥物的有效性和安全性，體外仿生系統(tǒng)的開發(fā)勢在必行；芯片上的器官系統(tǒng)是微型化的微流體三維人體組織和器官模型，其設(shè)計(jì)目的是再現(xiàn)其體內(nèi)對應(yīng)的重要生物和生理參數(shù)，這些具有仿生組成、結(jié)構(gòu)和功能的體外模型極有可能取代傳統(tǒng)的2D 靜態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)，彌合目前臨床前動物模型和人體之間的差距。如前所述，多個(gè)3D生物打印類器官模型可以通過微流體系統(tǒng)連接在一起，以類似體內(nèi)的方式排列，并且通過一個(gè)完全集成的模塊化物理、生化和光學(xué)傳感平臺，該平臺通過一個(gè)流體路由試驗(yàn)板，持續(xù)、動態(tài)和自動化的方式運(yùn)行芯片上的有機(jī)單元，并具有分析多器官相互作用的能力，為目前的芯片上器官模型在藥物篩選中的性能提升鋪平了道路，通過集成大量實(shí)時(shí)傳感器實(shí)現(xiàn)生物物理和生化參數(shù)的自動化現(xiàn)場持續(xù)監(jiān)測[46]。這樣的整合平臺更加接近于人體的實(shí)際狀態(tài)，更能符合中醫(yī)藥學(xué)整體觀念，通過這些整合平臺得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也將更加接近于人體實(shí)驗(yàn)。3D 生物打印技術(shù)將會為中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究提供了良好的條件，應(yīng)用這些新技術(shù)、新方法，必將對中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究起到積極的推動作用。

4 評價(jià)及展望

3D生物打印技術(shù)作為數(shù)字化技術(shù)的集中體現(xiàn)，科研人員通過利用醫(yī)學(xué)影像學(xué)圖像數(shù)據(jù)分析建立數(shù)據(jù)庫，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)，打印制造出符合人體解剖學(xué)特點(diǎn)的3D 組織結(jié)構(gòu)，在建立生理、病理體外模型和高通量藥物篩選模型中前景廣闊。與傳統(tǒng)的生物制造方法相比，3D 生物打印技術(shù)適用于細(xì)胞的共培養(yǎng)，細(xì)胞和生物結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)仿生構(gòu)造，血管化仿生組織的建立，高通量制造和高度自動化的分層制造等領(lǐng)域。經(jīng)過上述大量文獻(xiàn)的回顧學(xué)習(xí)，我們認(rèn)識到除了目前在臨床應(yīng)用領(lǐng)域常見的術(shù)前規(guī)劃，術(shù)中導(dǎo)航及骨組織工程設(shè)計(jì)制造外，3D生物打印技術(shù)還將在建立體外模型和高通量藥物篩選模型領(lǐng)域廣泛應(yīng)用；3D打印應(yīng)用于高通量藥物篩選作為當(dāng)前新藥發(fā)現(xiàn)的手段具有選擇范圍廣、篩選成本較低、結(jié)果可靠等特點(diǎn)，是新藥研究的重要手段；特別是在中醫(yī)中藥領(lǐng)域，它可以加快中醫(yī)中藥的深入研究，利于發(fā)現(xiàn)中醫(yī)中藥在疾病治療過程中的作用機(jī)制，必將對中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究起到積極的推動作用。通過3D 打印高通量藥物篩選的方法，可以發(fā)現(xiàn)更多臨床效果好，應(yīng)用價(jià)值高，具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新藥物。當(dāng)然，雖然3D 生物打印的優(yōu)勢凸顯，但是目前仍然缺乏有說服力的產(chǎn)品，還需要更多的證據(jù)來證實(shí)其構(gòu)造出的模型在藥物的研究中具備和動物體內(nèi)的一致性；甚至在病理模型的制備或直接打印都還有待進(jìn)一步研究，同時(shí)打印設(shè)備、打印墨水以及打印方式的研發(fā)還有很長的路要走。