三维（3D）生物打印技术在制造仿生器官及构建疾病模型方面的能力，已被学术界广泛视为药物发现与开发领域的一项极具潜力的技术。相较于传统的二维（2D）细胞培养体系及动物模型，3D生物打印模型在模拟人类生理机能方面展现出显著优势。这一特性极大地促进了靶点筛选过程的精确性，使得研究者能够通过疾病模型深入探究疾病的病理生理学机制，并有效鉴定与疾病相关联的化合物。在医学领域内，药物的研发流程通常涵盖药物研制与临床应用两大关键环节，鉴于此，3D生物打印技术在推动药物研究与开发进程中扮演着至关重要的角色。

近期，Kaixing Yang等学者在【Advanced Drug Delivery Reviews】期刊上发表了一篇题为“Recent applications of three-dimensional bioprinting in drug discovery and development”的综述文章，该文章及时且全面地概述了3D生物打印技术在药物发现与开发领域的最新应用进展，为相关领域的研究提供了宝贵的参考。

图1.文章内容概要

靶点选择

药物研发的第一阶段聚焦于靶点选择，即确定在疾病病理生理过程中扮演关键角色的靶点，并假设其具备治疗潜力。这些靶点，如基因或受体，必须是“可药物化的”，治疗性配体的结合能够引发可量化的生物学效应。3D生物打印用于靶点选择时，其精确的时空细胞沉积能力能够制造仿生疾病模型，这是其他组织工程技术所难以企及的。此类模型能够模拟复杂的疾病发病机制，对于深化病理生理学研究以及鉴定新型疾病标志物具有重要意义。

图3.用于研究靶标选择的3D生物打印模型

先导化合物的确定

先导化合物的确定是药物研发的第二步，涉及在选定的疾病相关靶点上测试大量化合物，以筛选具有所需治疗效果的药物。此过程往往涉及数千种化合物的评估，因此高效、经济的药物筛选方法，如高通量筛选（HTS），显得尤为重要。3D生物打印技术在此阶段的应用，能够迅速构建出高度微型化的组织模型，并无缝集成至HTS系统中，从而加速先导化合物的筛选进程。

图4.用于先导化合物确定的设备和3D生物打印方法

临床前研究

在进入临床试验之前，药物需经过临床前研究，包括疗效与毒性评估、制剂优化以及药代动力学预测。传统的临床前研究多依赖于非人类动物模型，旨在预测药物在人体内的活性。然而，由于物种间的生理差异，这些模型往往无法准确模拟人类生理学，导致疗效与毒性预测的偏差。相比之下，3D生物打印技术通过逐层打印过程实现精确细胞沉积，能够构建出高度仿生的人体组织模型。此外，3D生物打印技术还能够实现组织模型的完全自动化制造，相较于其他组织工程技术，其效率与精确性显著提升。

图5.用于临床前研究的3D生物打印模型

临床试验

临床试验涉及对医疗干预措施的测试，以评估其在人类中的疗效和安全性。当临床前研究数据支持干预措施的有效性且对人类造成伤害的风险极低时，方可开展临床试验。尽管目前尚未有公开报道的3D生物打印技术在临床试验中的直接应用，但已有两项研究探索了3D生物打印模型在模拟体内患者特征方面的潜力，并评估了其预测人类反应的能力。这一领域仍处于快速发展阶段，随着3D生物打印技术的不断进步，未来将有更多类似模型涌现，以更准确地模拟人体内环境。

图6.临床试验的示意图

局限与未来方向

局限：由于3D生物打印技术在构建相同器官或疾病模型时采用的方法差异显著，导致模型标准化成为一大挑战。这些模型在物理化学性质上的差异，可能导致疗效与安全性评估结果的差异。为了推动3D生物打印技术的广泛应用，亟需制定相关指导原则，以明确何种3D生物打印技术及生物墨水最适合于特定类型模型的构建。

未来方向：除了当前已知的应用外，3D生物打印技术在药物开发领域还展现出其他潜在价值，如构建用于药代动力学研究的器官模型。在临床前研究中，此类模型能够提供关于药物扩散速率、消耗速率等关键药代动力学数据，有助于优化药物剂型，并促进计算机模型的开发。此外，这些模型还能够为基于生理学的药代动力学模型提供必要的参数。鉴于从体内模型中获取此类数据或参数通常耗时且成本高昂，3D生物打印模型为研究人员提供了一种高效、经济的替代方案。