用物理学来打印活组织

生物打印是一项相对较新的技术，主要是通过反复试验取得进展的。科学家们现在正在利用物理定律和预测计算机建模来改进这些技术，并优化生物打印过程。最广泛使用的生物打印机是挤压式、喷墨式和激光打印机。每种类型涉及稍有不同的物理原理，每种类型都有自己的优点和缺点。“实现生物打印从‘试验和错误’到‘预测和控制’阶段的重大转变的唯一方法是理解和应用基础物理学，”合著者Ashkan Shafiee说。

挤出式打印机将一种被称为生物墨水的材料装入注射器，通过活塞或气压将墨水挤出来进行打印。生物墨水可以是纯活细胞的集合，也可以是水凝胶或聚合物中的细胞悬浮液。喷墨生物打印机的功能与此类似，但它使用压电晶体或加热器从小孔中产生液滴。激光打印机将激光束聚焦在色带上，在色带上铺上薄薄的一层生物墨水，从而提高细胞存活率。

生物打印产生的生物产品通常不能立即使用。虽然打印机可以创建单元格的初始配置，但这些单元格将繁殖并重新组装成一个新的配置。这一过程类似于胚胎发育时发生的情况，细胞与其他细胞融合，并将自己划分为新的区域。

计算机建模技术是在2010年代中期开发的，用于优化生物打印的打印后自组装步骤，在这一步骤中，组织的小碎片通过生物墨水被传送到具有所需的生物结构形状的支持材料中，例如器官。这些小碎片进一步发育并自我组装成最终的生物结构。

该模型包含了描述细胞间吸引力和排斥力的方程式。作者展示了使用这种被称为细胞粒子动力学或cpd的方法的模拟，正确地预测了一组细胞在最初打印步骤后的组合模式。