來自全球大學、科研機構(gòu)和醫(yī)院的研究人員和科學家聚集在一起，為3D生物打印領(lǐng)域制定了發(fā)展路線圖，并在《生物制造》雜志上發(fā)表了論文。這篇論文詳細介紹了生物打印的現(xiàn)狀、該技術(shù)在特定應(yīng)用中的最新進展以及當前的發(fā)展和挑戰(zhàn)。它還預(yù)想了該技術(shù)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(lǐng)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(fā)到細胞/干細胞印刷，從基于類器官的組織到人體規(guī)模組織結(jié)構(gòu)的生物印刷，以及從構(gòu)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(shù)方法論正在迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，但該領(lǐng)域未來的發(fā)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(jīng)驗的研究人員和該領(lǐng)域的新手都有指導(dǎo)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(zhàn)。這些工作圍繞著新一代生物墨水的創(chuàng)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(lián)、與微流體設(shè)備集成，為培養(yǎng)生物3D打印模型提供了長期的模擬生理環(huán)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(yīng)器的細胞擴增系統(tǒng)，以提高生物醫(yī)學在再生醫(yī)學和人工組織領(lǐng)域的采用率?；谏锓磻?yīng)器的系統(tǒng)，相比利用平板培養(yǎng)方式的傳統(tǒng)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(guān)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(huán)境中的封裝程度，從而改善天然組織、器官的復(fù)制及其復(fù)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(nèi)分化和成熟為多種細胞類型的潛力，這一領(lǐng)域保持了“對生物醫(yī)學研究和應(yīng)用的巨大希望”。但是，在實發(fā)掘干細胞生物打印的全部潛力之前，仍有許多障礙和挑戰(zhàn)需要克服。這些障礙概括為三個方面：物理印刷效應(yīng)對干細胞生物印刷的影響；生物墨水的特性；以及3D培養(yǎng)的干細胞的生物學挑戰(zhàn)。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(fā)了一種能夠可以治愈燒傷創(chuàng)面的干細胞生物3D打印紙。 

論文繼續(xù)討論“大規(guī)模有效地生產(chǎn)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(nèi)組織或器官的生理微觀結(jié)構(gòu)。大規(guī)模生產(chǎn)類器官的一個重大障礙是生產(chǎn)成本高和生產(chǎn)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(chuàng)造更好的疾病模型的潛力。體內(nèi)組織的許多功能不可或缺，但用于評估藥物反應(yīng)時，卻無法在生物打印中成功復(fù)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(fā)現(xiàn)可以通過創(chuàng)建3D打印的生物雜交組織來復(fù)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(fā)育和多細胞工程化的生活系統(tǒng)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(yōu)勢是創(chuàng)造了具有更多流體形狀、生物相容性的生物膜3D打印結(jié)構(gòu)。此外，微重力條件允許對更復(fù)雜幾何形狀（如空隙、空腔和孔道）的組織和器官構(gòu)造進行3D生物打印。 

美國、歐盟、俄羅斯和中國的數(shù)個研究小組和公司已經(jīng)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(shè)施和設(shè)備。例如，3D生物制造設(shè)施已經(jīng)在國際空間站（ISS）上開始試驗。包含用于生物制造設(shè)施的3D打印耗材的有效載荷，已經(jīng)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(shù)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。