生物3D打印在肿瘤研究及组织工程中的应用

近年来生物3D打印技术快速发展,已成为肿瘤研究与组织工程领域用于组织构建、机制研究、药物评价及药物递送等研究的重要工具。本综述总结生物3D打印的基本原理及其在肿瘤研究和组织工程中的应用进展。生物3D打印是一种增材制造技术,通过数字控制逐层堆叠生物材料和活细胞以构建复杂的三维组织结构,其核心步骤是设计3D模型、选择合适的生物打印技术和材料、逐层打印、后期培养和功能化处理。在肿瘤研究中,生物3D打印可用于构建模拟肿瘤微环境的复杂模型,揭示肿瘤的发生、发展新机制。传统体外模型如二维细胞培养或动物模型难以准确模拟人类肿瘤的复杂性,而通过生物3D打印技术构建更仿生的3D肿瘤模型,模拟肿瘤细胞与免疫细胞、基质、血管等环境的动态相互作用,能够提供更接近真实肿瘤生长、侵袭及转移的研究平台。此外,生物3D打印为抗癌药物的开发、创新治疗策略的确立和个性化治疗方案的制订提供了创新平台,3D打印肿瘤模型能够提供更贴近临床的实验结果且具备高通量药物筛选的能力,可广泛应用于细胞毒类药物、靶向治疗药物和免疫治疗药物等多种类型的药物评价中;除药物开发外,生物3D打印还为肿瘤辅助治疗提供了新的解决思路。生物3D打印模型和支架,可用于个性化精准治疗,通过高效构建患者细胞构成的个性化3D模型预测患者对药物及放疗的敏感性,可建立局部支架,根据患者具体需求确定合适的药物剂型、剂量等。另外,3D打印支架可用于辅助药物递送,利用3D支架靶向递送药物或减弱药物引起的不良反应,还可辅助局部免疫检查点抑制剂疗法、局部细胞因子疗法、局部癌症疫苗疗法及局部嵌合抗原受体修饰的细胞疗法。在组织工程中,传统的组织修复方法通常难以应对复杂组织的构建需求,而生物3D打印为构建复杂组织结构和实现组织再生提供了全新的思路,骨与软骨、皮肤等结构较为基础且具备较高再生能力的组织和器官已逐渐进入临床实践,肝脏、心脏等复杂器官的修复和重建也已取得一定进展,但尚未实现临床转化。最后,本综述探讨了生物3D打印在上述领域面临的挑战及未来发展方向,以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考。