Nature综述：生物制造必看，原位生物3D打印最新进展

频道：技术日期：2026-05-29 浏览：20

来源：科研新知
美国加州理工高伟老师等团队系统综述了迈向原位生物制造/生物3D打印的新兴先进材料与技术领域的前沿进展，以文章标题《Emerging materials and technologies towards in situ biomanufacturing》于2026年5月发表在《Nature Reviews Materials》综述论文。该技术通过微创注射、光/声能量激活等手段，在体内直接构建治疗结构，突破了传统体外生物打印（生物3D打印）需二次植入的局限。

论文重点介绍了剪切变稀水凝胶、光/声响应材料等创新材料，以及手持式喷嘴、机器人导管等打印设备，并指出其在心肌修复、肿瘤局部治疗等场景的临床潜力。制造技术从传统台式生物3D打印机，到机械臂和手持打印设备，再到磁控导管和胶囊打印器以及光/声驱动体内打印系统，生物制造未来将迈向无创化和深层组织化的原位制造。

图1：体外生物3打印到体内生物制造的演化

目前生物3D打印主要通过体外打印方式，体外打印可以实现非常高的打印精度和精细结构，但需要后期通过手术植入等繁琐流程。为了解决以上问题，科研工作者提出并开发出原位生物3D打印打印技术，通过直接在人体损伤部位用生物墨水打印需要的结构。然而这些原位打印依旧需要通过打印喷头接近目标区域的物理接触，从而难以进入深层组织或复杂器官。为了克服以上痛点，进一步提出无需接触组织的体内生物3D打印，通过光、热和超声等外部能量场，在人体内部远程触发材料交联和结构成形。图1b则总结了临床需求，包括微创操作、深层组织靶向、时空精准控制、实时监测以及复杂组织环境中的稳定性等关键挑战。

图2：原位与体内生物制造的材料与激活机制

原位生物3D打印（生物制造）通过使治疗材料直接在体内靶点形成，正在重新定义个性化和再生医学。这一新兴范式融合了生物材料、微创手术工具与机器人系统，以及超声引导激活平台的进展，旨在实现无需开放手术的精准、按需材料沉积或交联。本综述概述了推动这些技术发展的临床挑战与需求——微创介入、深部组织靶向、时空精度和实时监测，并阐释了如何设计包括剪切稀化、光反应、热响应和声响应水凝胶在内的新一代生物材料以满足这些要求。

图3：挤出、光和超声的原位/体内生物3D打印技术

文章总结了从手持式与机器人生物3D打印机，到能够实现无创或深部组织生物制造的近红外光激活与超声激活系统等制备策略的进展。重点介绍了在组织再生、创口修复、局部药物递送和体内生物电子学等领域的核心应用，以阐明这些方法的转化潜力。最后，阐述了临床转化所需的关键步骤，包括开发针对体内激活优化的材料、标准化评估框架、能量激活平台的监管考量，以及融入临床工作流程。这些进展共同指向一个未来：患者特异性治疗结构将能够直接在活体组织内构建。