3D打印在医疗健康领域的应用将成为下一场线上活动——2026年6月4日举办的“AMA: Healthcare 2026”的主题。

这场讨论的核心，并非发生在临床环境中的工作，而是处于材料科学、细胞生物学与增材制造的交汇点。

纽卡斯尔大学（Newcastle University）生物工程学讲师、JetBio联合创始人Priscila Melo博士，正通过生物打印与生物制造技术推进3D组织模型。她的工作直指如何彻底改变新药在到达患者之前的评估方式。

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二维模型已不再足够

临床前药物筛选的标准方法长期依赖二维细胞培养——在平坦基底上生长的单层细胞。这种模式虽然成本低廉、技术可行，却无法复刻人体组织的结构与功能复杂性。其后果是可衡量的：大约75%进入第一期临床试验的新药最终失败，最常见原因是疗效不足或安全性问题，而这些在早期测试中未能被检测到。

根本局限在于生物学层面。人类细胞存在于三维细胞外基质中，该基质不仅调控细胞的力学环境，还影响营养扩散、细胞间信号传导及组织特异性功能。

二维模型完全消除了这一维度，产生的结果难以可靠地转化为体内条件。三维体外替代方案则在一定程度上恢复了这种生理复杂性，使得在临床暴露前对化合物行为的预测更为准确。

监管层面的趋势正在强化这一转变。2023年，FDA明确表示经验证的体外模型可作为人类药物试验的基础，无需进行动物实验。这一立场加速了该领域的投资与研究活动。欧洲随后也与此方向保持一致，英国正积极推动在2030年前针对特定测试类别实施类似标准。

“如果我们可以根除动物实验——无论是出于准确性还是伦理原因——我们就应该这么做。如果目前只能减少，那我们就先做这一步。3D打印提供了一种更准确、可行的替代方案。”Melo表示。

ReJI平台及其临床应用

在纽卡斯尔大学，Melo博士及其同事开发了多项生物制造能力，包括反应射流冲击法（Reactive Jet Impingement, ReJI）。这是一种由大学拥有专利的专有生物打印技术，现通过JetBio进行商业化开发。

该系统使用微型阀同时从两个墨盒沉积液滴：一个装有水凝胶前驱体，另一个携带含有交联剂的细胞悬浮液。液滴在半空中相互作用，触发快速化学反应，在毫秒内形成结构化、载有细胞的结构体。该平台支持多种打印模式，适配多种生物材料，并已证明与合成纤维、金属和生物组织等基材兼容。

在心脏毒性筛选中，该团队使用含有I型胶原、海藻酸盐和纤维蛋白的生物墨水打印了心脏组织模型，其中包含HL-1心肌细胞，密度达到每毫升凝胶500万个细胞——这是该细胞类型报道过的最高密度。

所得结构体保持自发收缩活性长达21天，这是相对于标准二维培养的关键改进：在二维培养中，相同细胞约在7天内便丧失搏动功能。通过多电极阵列评估的电活动随时间推移变得逐渐有序，并对促心律失常和抗心律失常药物都做出了适当反应，验证了该模型在药物筛选流程中的潜在实用性。

相同的生物墨水和技术还被应用于软骨修复。现有的软骨修复方法（如ACI）因细胞在缺损部位的保留能力差而受阻。通过将载有软骨细胞的水凝胶直接生物打印到Chondro-Gide（一种临床上可用的胶原基修复贴片）上，该团队实现了更优的细胞分布以及更高的软骨特异性标志物表达，优于所有其他测试条件。

研究结果表明，将生物打印结构体与现有支架材料整合，可以显著提升当前软骨疗法的生物学性能。

“3D体外模型在临床前应用中的开发和推广仍处于早期阶段。但这些技术提供了一个宝贵的机会，可以创建准确复刻体内环境并确保其适用于下游分析的模型。”

推动用真实模型取代二维培养

二维细胞培养在临床前研究中的局限性已有充分记录，该领域正在积极构建替代方案。Melo博士在纽卡斯尔大学的工作，属于更广泛的行业趋势：朝向能更真实地复刻体内环境的三维生物打印组织模型发展。她的最终目标是开发能够复刻系统性相互作用的多生理系统，实现不同组织之间的连接以及对合并症的建模——这仍然是治疗学开发中最大的挑战之一。

CELLINK已将减少和消除动物实验列为明确的商业优先事项。而由加泰罗尼亚生物工程研究所（Institute of Bioengineering of Catalonia）协调、欧盟资助的BRIGHTER项目，正在开发专为减少组织工程和再生医学中对动物模型的依赖而设计的下一代生物打印工艺。

平行努力正在扩展这些模型所能覆盖的范围。维也纳工业大学（TU Wien）的研究人员利用多光子光刻技术制造了人体组织芯片结构。一个能够复刻动脉粥样硬化血流条件的生物打印脑血管模型表明，越来越复杂的生理环境现在可以在体外复刻，从而提供那种使下游药理学分析真正具有预测性的特异性。

该领域仍处于早期阶段，但方向已明确，监管环境也开始反映这一点。像Melo博士这样的研究人员正继续解决这些模型需要满足的生物学和分析标准。

3D Printing Industry正在为其2026年增材制造应用（AMA）系列征集演讲者，涵盖能源、医疗健康、汽车与出行、航空航天、太空与国防以及软件。每场线上活动聚焦于实际生产部署、认证和供应链整合。有兴趣参与的从业者可以在此填写演讲者征集表格。