隨著組織工程領域的不斷發展，不斷有新的技術涌現出來，用于解決目前器官構建中出現的痛點與難點。同軸生物3D打印技術的出現讓我們對血管化、精細化的組織器官打印提供了更多的可能性。本文帶您深入淺出的看懂這種技術和未來的發展空間。
我們是不是可以設計一種類似俄羅斯套娃的層層嵌套結構，并將材料充滿每層之間。當我們把每層的層壁去除之后，就形成了多材料嵌套的管腔結構。
組織工程
組織工程這一概念源于20世紀80年代中期，此項技術是指利用生物活性物質，通過體外培養或構建的方法，再造或者修復器官及組織的技術。這一基本技術路線使組織工程的研究能夠克服以往在臨床應用的非活性的替代物的諸多缺點，使組織工程的研究在全世界范圍內迅速得到了廣泛的關注。目前組織工程的研究已經在構建皮膚、軟骨、肝臟、胰腺、骨、肌肉、血管和神經等組織器官方面取得了進展。
生物3D打印技術是構建組織和類器官的新興技術，此項技術運用增材制造的思維，可以構建含有活細胞的復雜三維結構。近幾年，此項技術已取得了長足的進展，然而隨著我們對于人造組織的精度、復雜度的不斷挑戰，過去通用的技術已經難以滿足我們的需求，我們需要新的打印方法來解決組織器官構建諸多問題和局限性。
當前技術的局限性與出路
當前技術的局限性
利用當前的通用3D打印技術所構建的組織器官具有以下幾種局限性：
雖然我們可以將細胞或材料堆積成三維結構，所打印的組織和類器官的血管化是組織工程的難點所在，傳統生物打印工藝采用線材螺旋堆積的形式進行管腔結構的打印，但是這樣的工藝僅能夠形成管腔結構，難以實際應用。所以，如何在人造組織中構建出具有功能性的血管網絡或血管結構是推進組織工程向臨床發展的一大瓶頸。
人體的組織器官形態多種多樣，其中很大一部分是具有復雜層次的結構（如皮膚的表皮、內皮細胞的分層結構；腸道、尿道的管腔結構等）。而生物3D打印作為一種構建生物仿生結構的工藝，需要一項可以構建復雜層次或管腔結構的工藝技術。
微擠出式生物3D打印工藝是最廣泛使用的打印工藝，因為其可以打印多種細胞和生物材料，并保有良好的細胞活性。但是，由于水凝膠類材料的擠出脹大，此工藝的精度往往有所限制。
低黏度材料（如海藻酸鈉）的打印往往困難重重，對于這類材料，交聯固化的時機尤其重要：提前固化會導致打印噴頭的堵塞；后期固化會導致結構體精度較差。所以亟需一項可以對低黏度材料進行原位固化的技術。
管腔結構：傳統工藝（左）vs 同軸工藝（右）
同軸工藝解決方案
同軸噴頭系統是將生物3D打印機的兩個或多個噴嘴部分，像“俄羅斯套娃”一樣組合起來，以解決上述生物3D打印的各種痛點：
由于同軸噴頭可以輕松地實現管腔結構的打印，所以在構建組織的血管化方面又有了新的突破。
同軸噴頭技術由于其天生的多材料復合的特點，可以用于構建具有層次或是管腔結構的打印。
由于同軸噴頭可以實現噴嘴出口處的快速交聯，所以此項技術可以構建精度較高的結構。
同樣，基于同軸噴頭原位交聯的特點，低黏度的生物墨水打印的成功率和精度更高，有效的擴充了應用的材料范圍。哈佛大學醫學院就是利用這樣的技術實現了高精度且低黏度的墨水打印
高精度、低黏度的同軸打印
Colosi C , Shin S R , Manoharan V , et al. Microfl uidic Bioprintingof Heterogeneous 3D Tissue Constructs Using Low-Viscosity Bioink[J]. AdvancedMaterials, 2016, 28(4):677-684.
應用案例
同軸噴頭技術的使用大大拓展了我們對于生物3D打印的想象空間，諸多研究者已經開始應用這項技術領域進行耕耘，并在不同的組織或器官方面取得了進展，下面我們來分享其中幾篇典型案例：
軟骨組織
軟骨的自愈能力和創傷響應性較差，往往需要三維組織工程支架輔助修復。由波蘭華沙工業大學的Wojciech ?wi?szkowski課題組于Biofabrication發表多篇文章，均利用各類光敏材料如GelMA、CS-AEMA或HAMA，混合海藻酸鈉和源自骨髓的人體間充質干細胞（BM-MSC）配置成生物墨水，并利用同軸打印技術，實現墨水中海藻酸鈉在噴嘴處的同步交聯，以構建具有極高的形態保真度、細胞存活率和機械性能的軟骨組織結構，是用于軟骨修復的又一有力工具。
Costantini, Marco, Joanna Idaszek, Krisztina Sz?ke, JakubJaroszewicz,
Mariella Dentini, Andrea Barbetta, Jan E. Brinchmann, and
Wojciech?wi?szkowski."3D bioprinting of BM-MSCs-loaded ECM biomimetic
hydrogels for in vitroneocartilage formation." Biofabrication 8, no. 3
(2016): 035002.