科创中国

本项目旨在开发具有自主知识产权的多细胞高通量精准 3D 打印与细胞存活维持集成装备，自主研发一种优化微滴、温敏、光固化的智能模块化、微型化喷头，匹配常见24、48孔板，开发多种相态生物墨水的复合打印技术，实现多细胞、多相态、多机制协同打印；设计基于脉动仿生灌流生物反应器技术开发细胞存活维持系统，与打印机配套实现其体外长期存活。王金武教授戴尅戎院士团队根据原有基础，研发一种高通量生物3D打印机，兼容多相态生物墨水，该设备集成24个气动喷头，能够完成单细胞或3种细胞的高通量、集成化打印。打印平台适配24孔可移动式存活单元生物反应器，能够实现细胞批量化打印和无差别化体外培养。生物反应器结合微流控芯片平台，模拟体内肿瘤的生物微环境，延长细胞模型的存活时间，并具备高通量、低成本的药物筛选功能。同时该平台也适配于各种标准化生物耗材（12/24/48孔板及不同规格培养皿）等，能够满足其他多细胞复杂组织单元的打印需求。

（1）开发兼容性智能模块化喷头，实现多细胞、多相态、多机制协同打印，为多细胞打印复杂组织器官应用转化奠定基础。多细胞打印技术是制约复杂组织器官制品功能重建效果和临床转化的关键技术难题。本项目组创新性的提出多相态细胞墨水 3D 打印技术构想，多相态细胞墨水 3D 打印技术即针对细胞悬液、微囊、微球、囊泡、凝胶等多种相态细胞墨水实现高效输送、多通道多细胞的同步打印。基于生物墨水阵列喷射技术、模块化智能喷头，多通道多机制协同打印技术，实现多相态细胞墨水的高通量打印。 （2） 在多细胞 3D 打印平台集成细胞活性维持系统，利用仿生脉动灌流生物反应器提供活性维持环境。多细胞 3D 打印技术构建的生物组织结构精巧、功能复杂，而多相态细胞墨水机械强度低易发生变形，细胞的增殖、迁移、分泌可对打印结构带来动态变化。因此，对于多细胞打印的质量控制具有重要价值。（3）该3D打印机器人具有一个六自由机械臂，可配合双目摄像头，识别骨缺损位置，并控制机械臂末端的生物3D打印枪进行原位生物3D打印，用以修复骨缺损。为骨软骨修复提供了新的方法，能够使修复手术更加精准、高效。

多细胞打印技术是制约复杂组织器官制品功能重建效果和临床转化的关键技术难题。本项目组创新性的提出多相态细胞墨水高通量3D 打印技术构想，多相态细胞墨水 3D 打印技术即针对细胞悬液、微囊、微球、囊泡、凝胶等多种相态细胞墨水实现高效输送、多通道多细胞的同步打印。基于生物墨水阵列喷射技术、模块化智能喷头，多通道多机制协同打印技术，实现多相态细胞墨水的高通量打印。

上海交通大学医学院附属第九人民医院的前身“伯特利医院”创建于1921年。1952年更名为上海第九人民医院，1964年正式成为上海第二医科大学附属第九人民医院 ，是一家三级甲等医院。上海交通大学医学院附属第九人民医院王金武教授课题组一直致力于生物3D打印在骨软骨再生方面的研究。近来，在原位生物3D打印方面也有一定的进展。团队设计了一种用于原物生物3D打印的生物3D打印机器人。该3D打印机器人具有一个六自由机械臂，可配合双目摄像头，识别骨缺损位置，并控制机械臂末端的生物3D打印枪进行原位生物3D打印，用以修复骨缺损。为骨软骨修复提供了新的方法，能够使修复手术更加精准、高效。

2018年11月，3D打印正式被纳入中国《战略性新兴产业分类(2018)》，其中3D打印的相关内容包括:增材制造装备制造、3D打印用材料制造、金属增材制造专用材料制造、非金属增材制造专用材料制造、医用增材制造专用材料制造、3D打印技术推广服务等。

自2014年以来，得益于政策鼓励及技术发展，中国3D生物打印行业保持快速发展。根据销售额度统计2014-2018年中国3D生物打印行业市场规模由3亿元增长至10.5亿元，年复合增长率为34%。2018-2023年中国3D生物打印行业市场规模仍将保持快速增长，年复合增长率29.9%，2023年市场规模将达到38.7亿元。

新药研发更是一个耗时且昂贵的过程，需要投入大量的财力和人力，据估计开发一个单品种新药需要耗费 12-15 年以上和超过 8 亿美元的花销。新化合物难以获得造成研究药物原料有限，从而导致研究经费高昂。 3D 打印、疾患高通量药物筛选模型，可以减小检测单元的体积，提高检测单元的密度，显著增加需检测药物的数量，大幅减少动物使用数量，显著减少试剂使用量、人力和实验材料成本，提高新药研发效率。研发出新型能够实现人体软、硬组织的多细胞精准快速打印和构建 3D 生物打印机，可以根据病人个体化的差异，为病人提供个性化的生物 3D 打印治疗方案，可以有效提高医疗和服务水平，减轻疾病给病人带来的痛苦。解决了传统手术中供体来源不足、受体免疫排斥反应等问题，具有极大的临床价值与社会效益。