生物3D打印技术在精准医学领域研究应用现状的中英文文献分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.3871

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (21): 3382-3389.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.3871

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生物3D打印技术在精准医学领域研究应用现状的中英文文献分析

潘璇1，赵萌2，张秀梅2，3，赵杰4，翟运开5

1中国科学院科技战略咨询研究院，北京市 100190；2万方数据股份有限公司，北京市 100036；3中国科学技术信息研究所，北京市 100036； 4郑州大学第一附属医院，河南省郑州市 450052；5郑州大学管理工程学院，河南省郑州市 450001

收稿日期:2020-10-14 修回日期:2020-10-15 接受日期:2020-11-21 出版日期:2021-07-28 发布日期:2021-01-23
通讯作者: 张秀梅，博士，研究员，中国科学技术信息研究所，北京市 100036；万方数据股份有限公司，北京市 100036
作者简介:潘璇，女，1985年生，湖北省十堰市人，汉族，2013年美国德州理工大学，博士，助理研究员，主要从事新材料和先进制造技术在生物医学领域的交叉学科和科学计量分析方面的研究。
基金资助:
国家重点研发计划“精准医学研究”重点专项(2017YFC0909900)，项目负责人：赵杰

Research and application of biological three-dimensional printing technology in the field of precision medicine: analysis of Chinese and English literature

Pan Xuan1, Zhao Meng2, Zhang Xiumei2, 3, Zhao Jie4, Zhai Yunkai5

1Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2Wanfang Data Co., Ltd., Beijing 100036, China; 3Institute of Scientific and Technical Information of China, Beijing 100036, China; 4The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, Henan Province, China; 5School of Management Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, Henan Province, China

Received:2020-10-14 Revised:2020-10-15 Accepted:2020-11-21 Online:2021-07-28 Published:2021-01-23
Contact: Zhang Xiumei, MD, Researcher, Wanfang Data Co., Ltd., Beijing 100036, China; Institute of Scientific and Technical Information of China, Beijing 100036, China
About author:Pan Xuan, PhD, Assistant researcher, Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
Supported by:
the Key Special Project of National Key Research and Development Program “Precision Medicine Research”, No. 2017YFC0909900 (to ZJ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
生物3D打印技术：广义上包括直接服务于生物医疗行业的3D打印技术；狭义上为利用含细胞的“生物墨水”打印活性结构的过程，即利用活细胞、生长因子、人工生物材料等“生物墨水”精准可控地打印具有生物功能的组织和器官。
精准医学：是将个体基因、环境与生活方式等个体差异考虑在内的疾病治疗与预防的新兴方法，可使医生更准确地预测特定人群的特定疾病的治疗和预防策略。

背景：生物3D打印技术已经广泛应用于生物医学的多个领域，但其成功转化为临床试验的案例并不多，且在精准医学领域仍处于发展阶段。该技术在实现个体化医疗、改变现有的治疗流程、帮助制药和医疗公司研发出更精准的药物方面展现出巨大的潜力，并有望实现从个体化信息采集和诊断到个性化医疗产品制备和精准治疗方案的闭环。
目的：分析生物3D打印技术在精准医学领域研究现状及热点。
方法：检索2015年1月至2020年8月Web of Science数据库核心合集和万方数据库中有关3D打印技术在精准医学领域的文献。利用大数据分析工具、数学统计、计算机语义分析、可视化软件以及数据库分析检索功能对检索结果进行科学计量分析。
结果与结论：①3D打印技术在精准医学领域的研究在2015至2020年的发文量逐年增加；②美国的发文量最多，且其与其他国家的合作也处于核心地位；中国在此领域的研究也较活跃；③近5年全球发表论文最多的研究机构是美国加州大学体系，而中国科学院和上海交通大学是在国际和国内发文量最多的中国科研机构；④《Biofabrication》和《中国组织工程研究》则是国际和国内发文量最多的期刊；⑤全球范围生物3D打印技术在精准医学中的研究热点主要包括生物墨水、微流控、矫形外科、组织/器官再生、药物研发等；国内中文期刊发表的研究成果主要集中在骨科、组织工程、临床教学、医学模型等领域；⑥生物3D打印作为最具有革命性和影响力的先进工具之一，在再生医学及器官移植方面取得了一定成果，在组织工程、干细胞、癌症等领域也成为了优秀的科研工具，并且以数字化手段打造出一条从医学成像、术前规划到植入物设计和制造的精准医学通路。
https://orcid.org/0000-0001-7610-8585 (潘璇)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 精准医学, 再生医学, 生物3D打印, 增材制造, 可视化分析, 生物墨水, 微流控, 矫形外科, 组织/器官再生, 药物研发

Abstract: BACKGROUND: Biological three-dimensional (3D) printing technology has been extensively utilized in numerous fields of biomedicine. However, not many cases have been successfully transformed into clinical trials. It is still in the development stage in precision medicine. This technology reveals great potential in realizing individualized medical treatment, changing the existing treatment process, and helping pharmaceutical and medical companies develop more accurate drugs. Furthermore, it is expected to accomplish the closed-loop from individualized information collection and diagnosis to individualized medical product preparation and precise treatment scheme.
OBJECTIVE: To analyze the current research and hotspots of biological 3D printing technology in precision medicine.
METHODS: Web of Science and Wanfang databases were searched for literature on 3D printing technology in precision medicine published from January 2015 to August 2020. The retrieval results received scientific quantitative analysis through big data analysis tools, mathematical statistics, computer semantic analysis, visualization software, and database analysis and retrieval.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The amount of studies on 3D printing technology in the field of precision medicine gradually increases from 2015 to 2020. (2) The United States has the largest amount of publications, and its cooperation with other countries also occupies a core position. The research in China is also active in this field. (3) The institution that published the most papers in the world in the past five years is the University of California system, while the Chinese Academy of Sciences and Shanghai Jiao Tong University are the Chinese institutions with the highest number of publications. (4) Biofabrication and Chinese Journal of Tissue Engineering Research are the journals with the largest number of publications in the world and in China, respectively. (5) The hotspots of biological 3D printing technology in precision medicine mainly include bioinks, microfluidics, orthopedics, tissue/organ regeneration, and drug development. The research results published in Chinese journals are mainly concentrated in the fields of orthopedics, tissue engineering, clinical teaching, and medical models. (6) As one of the most revolutionary and influential advanced tools, biological 3D printing has achieved some accomplishments in regenerative medicine and organ transplantation. It has become an excellent scientific research tool in tissue engineering, stem cells, and cancer, and has created a way for precision medicine from medical imaging, preoperative plan to implant design and manufacture through digital tools.

Key words: precision medicine, regenerative medicine, biological 3D printing, additive manufacturing, visualization analysis, bioinks, microfluidics, orthopedics, tissue/organ regeneration, drug development

中图分类号:

潘璇, 赵萌, 张秀梅, 赵杰, 翟运开. 生物3D打印技术在精准医学领域研究应用现状的中英文文献分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(21): 3382-3389.

Pan Xuan, Zhao Meng, Zhang Xiumei, Zhao Jie, Zhai Yunkai. Research and application of biological three-dimensional printing technology in the field of precision medicine: analysis of Chinese and English literature[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(21): 3382-3389.

图/表（结果） 10

2.1 检索结果最终万方数据库检索到3 111篇中文文献，ISI Web of Science数据库检索到6 941篇英文文献。按照文献类型分类，中文文献分别有期刊论文2 852篇、会议论文259篇，而英文文献分别有期刊论文5 207篇、综述792篇、会议摘要616篇、论文集829篇、观点材料188篇、图书节选152篇，其中，该领域的期刊论文和研究综述占全部英文文献的86.4%。 2.2 文献量发表年份分布及趋势变化表1可见，相关研究在2016年发文量快速增长至846篇，是2015年的1.5倍，这与《Bioprinting》《International Journal of Bioprinting》等生物3D打印专业学术期刊在这一年陆续出现有关，也意味着该领域的相关研究持续升温且具有广阔的应用前景。此外，发文量的快速增长趋势一直持续(2020年统计数据截至2020年8月，为不完全统计)，被引频次和篇均被引频次自2015年以来一直保持较高的增长速率，反映出该领域仍是目前科研热点领域，且存在较多的高质量论文。另外，能较准确反映学术成就的h因子自2015年起保持较高水平，2015年和2016年h因子为83，达到峰值，说明这2年发表的生物3D打印技术相关论文具有较高影响力。

与之相比，中文文献的发文量也从2015年的380篇增加至2018年的690篇，之后又稍有回落。这与英文文献的发文量基本保持同步的增长和变化趋势，见图1。

2.3 文献发表国家和地区由发文量和被引频次分析可知，近5年来生物3D打印技术相关研究出现爆发式增长，对2015至2020年文献发表国家和地区分布进行统计和分析，发现共有53个国家/地区发表了相关论文。其中美国位居全球第1位，发表文献数量为35 021篇；中国以16 647篇的发文量位居第2位，h因子为56也位居第2位，这反映出中国科研人员在这一领域取得了具有一定影响力的学术成就，但篇均被引频次不高仅排名第9位，说明整体研究水平和文章质量还有待提高；英国和韩国分别发文508和448篇，篇均被引频次和h因子也都比较高，说明这2个国家在该领域的科技研究较活跃，学术研究水平较高。尽管澳大利亚和新加坡近5年的文献发表数量排名分别为第7和9名，但其篇均被引频次和h因子都排名靠前，说明这2个国家产出论文的影响力大，科学成就较高，见图2和表2。

基于ISI Web of Science英文文献数据检索结果，利用VOSviewer工具分析得出的国家/地区科研合作网络，见图3。美国在生物3D打印技术研究中与其他国家有较强的合作关系，处于核心地位，其次是中国、英国、韩国、德国等。在科研合作关系方面，美国与中国合作最为紧密，其次与韩国、加拿大、英国等也有比较广泛的合作；与中国合作的国家按照紧密程度排序依次是美国、英国、澳大利亚、德国等。

2.4 研究机构图4和表3可见，近5年全球发表论文最多的研究机构是美国加州大学体系(University of California System)，共发表163篇论文；哈佛大学(Harvard University)虽然以发文量142篇位居第2位，但是其被引频次、篇均被引频次、h因子均位居第1位，且具有明显优势，说明其在全球生物3D打印领域中处于引领地位，在相关研究机构中具有最高的研究水平和最大的影响力。中国科学院、上海交通大学、浙江大学和清华大学这4家机构也是发文量居前10名的研究机构，这使得中国成为拥有发文量前10名的研究机构最多的国家，说明近5年来中国科研机构和大学在生物3D打印应用于精准医学领域的研究水平发展较快。新加坡南洋理工大学的发文量虽然排在第7位，但其篇均被引频次和h因子均位居第2位，这反映出其具有较高论文质量和学术成就。根据万方数据库发文量显示，近5年中国发文数量排名前5位的高校/研究机构分别是上海交通大学(96篇)、南方医科大学(42篇)、北京大学第三医院(38篇)、西安交通大学(35篇)、解放军总医院和第四军医大学（均各为30篇)。
基于ISI Web of Science英文文献数据检索结果，利用VOSviewer工具分析得到大学/研究机构在生物3D打印领域的合作网络。图5显示在全球范围，美国加州大学体系(University of California System)展现出最广泛的合作互动，其合作比较紧密大学主要包括伦敦大学学院、哈佛大学、浙江大学、四川大学等；其次，哈佛大学与麻省理工学院以及韩国建国大学也保持着密切的合作；中国科学院、浙江大学、上海交通大学与国内外多所大学和研究机构也保持着广泛而紧密的合作关系。不难发现，近5年来这些在全球范围具有广泛合作性的大学和研究机构其中大多数发文数量也位居前列，可见在生物3D打印领域加强科研人员的国际学术交流与合作有助于提高学术产出。

2.5 连续出版期刊近5年共有1 906个出版物发表过生物3D打印相关论文，表4可见其涉及学科领域包括材料科学、材料工程、先进制造、生命科学、生物工程、药剂学等多个方向，这充分证明了生物3D打印技术的多学科交叉性和前沿性，是一项综合性极强的科学技术。此外，还可以看出发文量最高的期刊占总文献比例也仅为2.66%，而其他期刊发文占比均未超过1.7%，说明该领域研究目前相对缺少对口期刊导致研究人员的成果发表分布比较分散。

创刊于2016年的《Biofabrication》是发表论文最多的期刊，其发文量达185篇，其被引频次和h因子均位居第1位，仅4年时间就成为相关领域最具影响力的期刊，也反映出近年来生物3D打印技术引起了科技界的高度关注。其中，《International Journal of Pharmaceutics》尽管近5年发文量仅为80篇，但其篇均被引频次位居第1位，被引频次和h因子均位居第3位，说明该期刊的发文质量和影响力具有较高水平，且生物3D打印技术在制药、药剂学方面具有应用前景。
万方数据库检索结果中显示近5年发文数量排名前5位的期刊分别是《中国组织工程研究》132篇、《中华创伤骨科杂志》52篇、《中国骨与关节损伤杂志》46篇、《中国修复重建外科杂志》39篇、《中国矫形外科杂志》33篇。
2.6 高频关键词分布通过提取ISI Web of Science英文文献检索结果中的关键词，并进行大数据分析和统计后对其中的高频关键词进行可视化展现，可以得出在全球范围生物3D打印技术在精准医学中的研究热点主要包括生物墨水、微流控、矫形外科、组织/器官再生、药物研发等，见图6。

此外，基于万方数据库检索得出中文文献高频关键词，为关节置换、内固定、骨折治疗、骨肿瘤、骨外科等，提示在国内中文期刊发表的研究成果主要集中在骨科(约占中文文献总量的50.7%)，说明中国生物3D打印技术在医学的应用主要集中在骨科相关领域，其次是组织工程、临床教学、医学模型等领域，见图7。

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引言

随着增材制造的兴起和快速成型技术的飞速发展，基于计算机设计的数字模型，将特定材料逐层堆叠精确制造出各种形状的3D打印技术逐渐应用于生物医学、航空航天、机械制造、建筑和防护结构等领域和行业[1-5]。该技术具有满足各类自由设计、进行大规模定制、制造复杂结构以及相对于传统减材制造可将生产废物废料最小化等优点。用于3D打印的材料包括金属和合金、高分子聚合物、复合材料、陶瓷、混凝土等[6-10]。随着粉末床熔合、熔融沉积成型、喷墨打印、轮廓成型、立体光刻等多种技术的出现和发展[11-13]，3D打印技术已逐步演进为一种囊括多种技术、材料和设备的先进制造方法，其可从根本上颠覆生产制造和物流过程，为多个行业带来革命性的改变[14-16]。生物3D打印技术处于生命科学、材料科学和组织工程学的交叉领域，其广义上包括直接服务于生物医疗行业的3D打印技术，而狭义上也可理解为利用含细胞的“生物墨水”打印活性结构的过程，即利用活细胞、生长因子、人工生物材料等“生物墨水”精准可控地打印具有生物功能的组织和器官。近年来，由于市场对定制化药品和医疗器械的需求不断增长，3D打印已成为最具有革命性和影响力的先进工具之一[17]，可应用于药物研究、干细胞再生、微流控、肿瘤模型、疾病建模、矫形外科等精准医学方向。作为人体组织和器官的替代方案，该技术有望为解决组织器官移植供不应求等问题提供有效的治疗方法[18-19]。针对患者的3D打印解剖模型在目前的精确医疗实践和个性化治疗中，已成为越来越有潜力的工具[20]。
精准医学(Precision Medicine)是一种将个体基因、环境与生活方式等个体差异考虑在内的疾病治疗与预防的新兴方法，这种方法可以使医生更准确地预测特定人群的特定疾病的治疗和预防策略[21-22]。作者拟对3D打印技术在精准医学领域的研究在Web of Science数据库核心合集和万方数据库进行检索，希望对该领域的发展动态和关键技术进行研判，为3D打印技术在精准医学领域的发展提供参考。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 文献来源及检索策略以万方数据库和SCI网络版ISI Web of Science数据库核心合集为检索对象，数据库更新时间为2020-08-28。采用高级检索功能，并通过资料查阅确定尽可能精准和全面的检索式，中文检索式为“主题：(治疗 OR 诊断 OR 精准医学 OR 组织工程 OR 器官 OR 矫形外科 OR 正颌外科 OR 口腔医学 OR 生物医学 OR 生物制造 OR 生物系统 OR 微流控 OR 血管 OR 骨骼 OR 药物 OR 肿瘤 OR 外科 OR 医疗保健 OR 再生医学 OR 生物材料 OR 干细胞 OR 生物降解) AND 题名：((((3d OR 三维) AND 打印) OR 增材制造) OR 生物墨水 OR 生物打印)”，英文检索式为“TS=(therapeutic* OR diagnostic* OR“precision medic*”OR tissue engineer* OR organ* OR“orthopedic surger*”OR“orthognathic surger*” OR denture* OR urolog* OR biomedic* OR biolog* OR biofabricat* OR biosystem* OR microfluid* OR vascular* OR anatom* OR pharmac* OR drug* OR tumor* OR surger* OR healthcar* OR“regenerative medic*”OR biomaterial* OR diseas* OR“stem cell*” OR biodegradable OR “edible ink*”) AND TI=((((3D OR “THREE DIMENSIONAL”OR THREE-DIMENSIONAL OR 3-dimensional) AND PRINT*) OR“additive manufactur*”) OR bioink* OR bioprint*)”。时间跨度限制为2015年1月至2020年8月。
1.2 文献计量学分析利用大数据分析工具、数学统计、计算机语义分析、可视化软件以及数据库分析检索功能对检索结果进行科学计量分析，研究生物3D打印技术相关的主要研究活动及成果，并对该领域的发展动态和关键技术进行研判。内容包括相关文献的年发文量趋势、主要国家和地区、研究机构、来源出版物，并对精准医学相关的主要研究方向和高频关键词的分布进行分析和论述。基于ISI Web of Science英文文献数据检索结果，使用VOSviewer工具分析(https://www.vosviewer.com/)建立国家/地区以及大学/研究机构的科研合作网络。

讨论

研究分析了2015年至2020年8月万方数据库和ISI Web of Science数据库收录的有关3D打印技术在精准医学领域的研究，结果发现这一领域的研究发文量逐年增加，且美国的发文量最多，其与其他国家的合作也处于核心地位。中国在此领域的国际合作也是比较丰富的。中国科学院和上海交通大学是在国际和国内发文量最多的中国科研机构。《Biofabrication》和《中国组织工程研究》则是国际和国内发文量最多的期刊。全球范围生物3D打印技术在精准医学中的研究热点主要包括生物墨水、微流控、矫形外科、组织/器官再生、药物研发等。国内中文期刊发表的研究成果主要集中在骨科、组织工程、临床教学、医学模型等领域。
3.1 生物墨水(Bioinks) 精准医学领域中个体化植入物、器官和组织的需求不断增长，需要先进的生物材料来制造出可模拟复杂的细胞外基质的生物结构，而具有适合生物活性打印材料的匮乏成为了制约生物3D打印技术在精准医学领域应用的主要瓶颈。迄今，生物材料经过惰性材料、生物活性修饰的生物相容性材料、可实现组织修复或再生的仿生材料这3个层次的发展，其关键核心问题定位为研发具有合适理化性能的生物墨水。目前，常使用的生物墨水包括天然水凝胶、细胞聚集物、微载体和脱细胞基质等，这些成分可用于挤压式、液滴式和激光生物3D打印工艺，但通常黏度低、机械强度较差，不适合制造植入物和组织构建[7，23-24]。合成材料如聚乙二醇、聚乳酸、聚己内酯等的机械性能更好，但是缺乏可使细胞吸附和迁移的生物活性因子[3，25-26]，其生物相容性不如天然材料。由于生物墨水不仅要为细胞提供生长环境还要有物理支撑，需要其具备高度的生物相容性、良好的可打印性、形状保真度、可生物降解性、能模拟特定微环境和具有细胞活性，研究开发同时具有天然材料生物相容性和合成材料机械性能的生物墨水是一项重大挑战。
3.2 微流控(Microfluidics) 微流控也称为芯片实验室 (Lab-on-a-Chip)，通过精确控制微观尺度流体把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米级的芯片上，并自动完成分析全过程。通过高频关键词分析研判提取到的相关研究主要是基于微流控技术来模仿人体器官的复杂结构、微环境、生理功能等关键特性以构建生物模拟系统，作为生物反应器形成微组织，被称为“器官芯片”(Organs-on-Chips)[27-30]。目前，绝大多数微流控系统都是用软光刻技术在聚二甲基硅氧烷上构建的[31]，3D打印技术在该方向上的应用极大地改进了以往2D条件下的测试环境，可以通过自动化和快速成型技术更逼真地构建出具有人体组织或器官关键生理特征的微组织系统，从而更精准地模拟人体中的药物代谢过程和毒性反应。最终目标是构建更复杂的器官芯片及人体芯片(相互连接的器官芯片)用于药物筛选，从而更加精准地预测临床试验中药物效率和安全性，缩短药物研发时间和降低成本。由于需要模拟不同组织之间的动态相互作用，因此利用具有不同组织特异性的生物墨水构建同时具有多种细胞类型和功能的异质结构是研究难点。目前研究主要集中在结合运用多种3D打印技术以及通过多种材料(多细胞类型)来实现高分辨率甚至单细胞分辨率的复杂组织构造[29，32]，如多头打印系统、同轴喷嘴和微流体增强打印喷嘴等[33-34]。
3.3 矫形外科矫形外科在引入生物3D打印技术后彻底改变了肌肉骨骼系统治疗中传统植入物的制造方式和工具，并且将3D打印构建的生物模型快速推广应用到术前设计、手术模拟、手术指导和手术效果评估等领域[35-36]，在提高临床治疗的精准性方面十分有前景[37]。以往主要依靠影像学评估的术前设计不能在手术中帮助再次定位，现在外科医生可通过3D打印模型进行精准的术前设计[36，38]。利用多种材料根据特定患者设计和制造定制化的植入物，如各种替换关节、人工骨、手术导板和螺钉等[35，39-46]，可实现个体化治疗方案从而让患者更好地适应矫形干预和尽快恢复正常生活。生物3D打印技术能够通过计算机精准设计并控制人工骨修复材料的组分分布和形态结构，如三维多孔植入物的孔径、孔结构和孔的贯穿性，这是影响体内细胞与植入物的整合能力的关键因素，从而可显著提高植入物的稳定性和手术成功率[47-49]。基于高频关键词分析还可以发现口腔医学和颌面矫形是近年来备受关注的领域，由于每个人的牙齿外形存在个体差异性，快速定制与缺损或缺失牙齿精准匹配的修复体是主要的研究方向之一[50-51]，而颌面修复的具体应用包括颅颌面模型、颌骨手术导板、个性化植入物等[52-53]。
3.4 组织/器官再生 3D打印技术应用于生物医疗初期只能打印包括骨、软骨、血管神经、肌腱、牙齿和皮肤组织等的3D支架[3，14，54-55]，目前已经逐步发展到可以打印如肝、肾、心脏等具有较复杂结构和生物组成的器官原型[19，56-57]。基于高频关键词统计信息显示当前组织/器官再生领域的前沿热点主要集中在干细胞的相关研究中，干细胞具有很强的增殖和分化能力，越来越多地被用来修复和再生人体组织和器官，在组织工程领域具有良好的治疗潜力。目前主流应用方法是通过多喷头的3D打印技术将细胞与生物支架混合打印，植入人体后相应位置的细胞替代损伤组织完成创伤部位的修复或再生，此时干细胞的自我增殖和分化能力可有效避免二次损伤、排斥反应等问题[58-59]。另外，为干细胞营造良好生长环境的生物材料也是研究人员关注的焦点，如明胶[25]、海藻酸盐[25，60]、细胞外基质等[61]。3D打印干细胞技术不仅可以为患者提供精准化治疗和个体化方案，还适用于批量快速生产，具有广阔的临床应用前景。
3.5 药物研发药物研发和制药业一直以来对医学临床实践具有举足轻重的影响，新药的研发也一直被作为首要目标，但药物研发的许多步骤均需耗费大量时间和资源使得研发成本极高，而3D打印技术则为研究人员带来了能够极大提高过程效率的干预手段。根据文献高频词统计分析发现生物3D打印技术应用于药物研究主要集中在药物递送(Drug Delivery)和药物筛选(Drug Screening)两个方面[32，34，62-64]。3D打印的自由成型技术可以制造出具有高精度和灵活性的特异性给药装置，用于精准控制药物的大小、形状以及多种活性成分在人体内的复杂释放过程，以实现针对特定患者的个体化药物递送[65-66]。2015年8月，全球首例3D打印处方药Spritam(左乙拉西坦，或Levetiracetam)速溶片获得美国食品药品监督管理局批准用于治疗癫痫疾病，这是生物3D打印技术首次成功用于制药行业且具有里程碑意义。为了突破传统制药工业中通过细胞单层培养和动物实验进行药物筛选的局限，3D打印技术引入后可精确地操控细胞及生物材料以打印体外组织/器官模型和微流控分析设备用于药物筛选，具体包括微组织、器官芯片、组织/器官构造等，从而可以更好地模拟细胞间相互作用、细胞与细胞外基质相互作用、以及其他体内组织固有特征，提高药物筛选和新药转化效率[32，67-75]。此外，生物3D打印技术在未来将使小型药物生产工艺成为可能，药品生产从此可不局限于大型制药厂，这将有机会为发展中国家制药业打造出一条新的发展模式。
3.6 展望通过借助新兴的生物3D打印技术让诸多生物组织和器官从虚拟模型变为现实的三维物体，以数字化手段打造了一条从医学成像、术前规划到植入物设计和制造的个体化医疗通路。同时3D打印出来的实体从形态和功能性上逐步逼近天然组织和器官，这有望能在临床上代替或修复受损的人体组织和器官，也可能成为药物研究的真实的组织微环境。通过生物3D打印技术可以加工出以往常用的减材制造无法制备的复杂结构，并且具有很高的材料利用率和加工效率。但生物3D打印技术的生物安全性、免疫原性以及高成本也日益受到关注，同时对于复杂器官的复制仍有差距。此外，在打印过程中提高细胞的存活率、打印速度和精度等问题还有待进一步改善。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

生物3D打印技术在精准医学领域研究应用现状的中英文文献分析

Research and application of biological three-dimensional printing technology in the field of precision medicine: analysis of Chinese and English literature

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