清华机械系熊卓教授：攻克生物制造难题，用“类器官3D打印”推动再生医学及“替身试药”新前景

组织器官的生物制造与成形制造构成了现代再生医学的“根本支柱”，从活细胞的三维精确构筑到个性化疾病模型的建立，正在持续重新界定未来临床诊疗与新药研发的范畴。

2026年9月2日下午，在“植入介入医疗器械前沿设计与转化论坛”期间，清华大学机械工程系教授、组织器官生物制造与修复再生北京市重点实验室研究员熊卓先生作了题为《类器官3D打印技术的探索与创新》的专题报告。

组织器官生物制造与类器官构建属于前沿交叉学科，当前仍面临传统生物墨水力学性能与细胞活性难以平衡、复杂分级血管网络构建不易以及肿瘤个性化替身药筛转化周期偏长等产业难题。

熊卓教授的核心观点是：需要借助“超弹性抗疲劳生物墨水”与“颗粒凝胶3D打印”的技术革新，打破高密度细胞结构与分级血管网络的成形制约；将类器官作为模块化功能单元，全方位助力骨与心脏损伤的植入修复、肺癌等恶性肿瘤的个体化“替身试药”，以及近地轨道太空医疗的前沿探索。

1. 生物制造技术路线与类器官的定义意义

医疗器械修复心脏等器官的途径主要包括金属聚合物替代、基因编辑猪器官以及生物3D打印等方向。

类器官指的是由人干细胞或前体细胞在体外经自组织培养而获得特定器官结构的组织。其核心价值表现为基础研究模型、替代动物模型的创新药物研发、面向患者的个体化“替身试药”，以及未来的组织器官损伤修复再生。

2. 生物墨水创新与颗粒凝胶微结构的突破

生物墨水的研发是体外打印的核心环节。团队创新开发了颗粒凝胶双向生物墨水，不仅在成分上结合了明胶、海藻酸钠与纤维蛋白原，还拥有类似人体生物组织的“超弹性和抗疲劳”特殊力学性能。

该墨水能够高密度包覆干细胞球体，并借助牺牲墨水热敏溶出等工艺，在打印出高密度细胞结构的同时，形成支撑血运和营养供给的分级血管网络。

3. 临床再生转化与肿瘤个性化药筛及太空医疗探索

在再生医学临床应用方面，团队利用干细胞和类器官成功实现了老鼠颅骨缺损的快速血管化，并将牙周膜干细胞类器官用于牙槽骨填充及下半年的唇腭裂上颚骨缺损IIT临床试验。

在肿瘤精准医疗方面，团队构建了肺癌类组装体模型，通过穿刺样本批量建立替身模型开展高通量药筛，多中心临床对比呈现出高度的用药一致性。

另外，团队还借助商业航天将3D打印与药筛系统送入近地轨道，开展太空微重力实验，为未来太空医疗与新药靶点发现开辟了新路径。

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