การพิมพ์อวัยวะใช้เทคนิคที่คล้ายกับการพิมพ์ 3 มิติ แบบดั้งเดิม โดยป้อนแบบจำลองคอมพิวเตอร์เข้าไปในเครื่องพิมพ์ที่วางชั้นพลาสติกหรือขี้ผึ้งทีละชั้นจนกระทั่งได้วัตถุ 3 มิติ^{[ 1 ]}ในกรณีของการพิมพ์อวัยวะ วัสดุที่ใช้โดยเครื่องพิมพ์คือพลาสติกที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ^{[ 1 ]}พลาสติกที่เข้ากันได้ทางชีวภาพจะสร้างโครงสร้างที่ทำหน้าที่เป็นโครงกระดูกสำหรับอวัยวะที่กำลังพิมพ์^{[ 1 ]}ขณะที่วางพลาสติกลงไป ก็จะมีการเพาะเซลล์มนุษย์จากอวัยวะของผู้ป่วยที่กำลังพิมพ์ลงไปด้วย^{[ 1 ]}หลังจากพิมพ์เสร็จแล้ว อวัยวะจะถูกย้ายไปยังห้องบ่มเพาะเพื่อให้เซลล์มีเวลาเจริญเติบโต^{[ 1 ]}หลังจากผ่านไประยะเวลาที่เพียงพอ อวัยวะจะถูกปลูกถ่ายเข้าไปในผู้ป่วย^{[ 1 ]}

สำหรับนักวิจัยหลายคน เป้าหมายสูงสุดของการพิมพ์อวัยวะคือการสร้างอวัยวะที่สามารถรวมเข้ากับร่างกายมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์^{[ 1 ]}การพิมพ์อวัยวะที่ประสบความสำเร็จมีศักยภาพที่จะส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งอวัยวะเทียม การปลูกถ่ายอวัยวะ^{[ 2 ] การ วิจัย}ทางเภสัชกรรม^{[ 3 ]}และการฝึกอบรมแพทย์และศัลยแพทย์ [ ^{4 ]}

สาขาการพิมพ์อวัยวะมีต้นกำเนิดมาจากการวิจัยในด้านสเตอริโอลิโทกราฟีซึ่งเป็นพื้นฐานของการพิมพ์ 3 มิติที่คิดค้นขึ้นในปี 1984 ^{[ 5 ]}ในยุคแรกของการพิมพ์ 3 มิติ การสร้างวัตถุที่คงทนนั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในกระบวนการพิมพ์นั้นไม่ทนทาน^{[ 6 ]}การพิมพ์ 3 มิติจึงถูกนำมาใช้เป็นวิธีการสร้างแบบจำลองผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่อาจจะผลิตจากวัสดุที่แตกต่างกันโดยใช้เทคนิคแบบดั้งเดิมมากกว่า^{[ 5 ]}ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 มีการพัฒนาวัสดุ นาโนคอมโพสิตที่ทำให้วัตถุที่พิมพ์ 3 มิติมีความทนทานมากขึ้น ทำให้สามารถนำวัตถุที่พิมพ์ 3 มิติไปใช้ประโยชน์ได้มากกว่าแค่การสร้างแบบจำลอง^{[ 6 ]}ในช่วงเวลานี้เองที่ผู้คนในวงการแพทย์เริ่มพิจารณาการพิมพ์ 3 มิติเป็นแนวทางในการสร้างอวัยวะเทียม^{[ 5 ]}ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 นักวิจัยทางการแพทย์ได้ค้นหาวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพที่สามารถนำมาใช้ในการพิมพ์ 3 มิติได้^{[ 5 ]}

แนวคิดของการพิมพ์ชีวภาพได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี 1988 ^{[ 7 ]}ในเวลานั้น นักวิจัยได้ใช้เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทHP ที่ดัดแปลง เพื่อวางเซลล์โดยใช้เทคโนโลยีไซโตสคริปชัน^{[ 7 ]}ความก้าวหน้ายังคงดำเนินต่อไปในปี 1999 เมื่ออวัยวะเทียมชิ้น แรกที่สร้างขึ้นโดยใช้การพิมพ์ชีวภาพได้รับการพิมพ์ โดยทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดย ดร. แอนโทนี อะทาลาที่สถาบันเวคฟอเรสต์เพื่อการแพทย์ฟื้นฟู^{[ 8 ]}นักวิทยาศาสตร์ที่เวคฟอเรสต์ได้พิมพ์โครงสร้างเทียมสำหรับกระเพาะปัสสาวะ ของมนุษย์ จากนั้นจึงเพาะเซลล์จากผู้ป่วยลงบนโครงสร้างนั้น^{[ 5 ]}ด้วยวิธีนี้ พวกเขาสามารถสร้างอวัยวะ ที่ใช้งาน ได้ และสิบปีหลังจากการปลูกถ่าย ผู้ป่วยก็ไม่มีภาวะแทรกซ้อนร้ายแรงใดๆ^{[ 9 ]}

หลังจากพิมพ์กระเพาะปัสสาวะที่ Wake Forest แล้ว ก็มีความก้าวหน้าในการพิมพ์อวัยวะอื่นๆ ในปี 2545 มีการพิมพ์ไต ขนาดเล็กที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ ^{[ 6 ]}ในปี 2546 ดร. Thomas Boland จากมหาวิทยาลัย Clemsonได้จดสิทธิบัตรการใช้การพิมพ์อิงค์เจ็ทสำหรับเซลล์^{[ 10 ]}กระบวนการนี้ใช้ระบบการหยดแบบดัดแปลงสำหรับการวางเซลล์ลงในเมทริกซ์ 3 มิติที่เป็นระเบียบซึ่งวางอยู่บนพื้นผิว^{[ 10 ]}เครื่องพิมพ์นี้ช่วยให้สามารถวิจัยเกี่ยวกับการพิมพ์ชีวภาพและวัสดุชีวภาพที่เหมาะสมได้อย่างกว้างขวาง^{[ 9 ]} ตัวอย่างเช่น นับตั้งแต่การค้นพบเบื้องต้นเหล่านี้ การพิมพ์โครงสร้างทางชีวภาพแบบ 3 มิติได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อครอบคลุมการผลิตโครงสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะ แทนที่จะเป็น เมทริก ซ์เซลล์^{[ 11 ]}นอกจากนี้ เทคนิคการพิมพ์เพิ่มเติม เช่น การพิมพ์ชีวภาพแบบอัดรีด ได้รับการวิจัยและนำมาใช้เป็นวิธีการผลิตใน ภายหลัง ^{[ 11 ]}

ในปี พ.ศ. 2547 สาขาการพิมพ์ชีวภาพได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากด้วยเครื่องพิมพ์ชีวภาพรุ่นใหม่^{[ 9 ]}เครื่องพิมพ์รุ่นใหม่นี้สามารถใช้เซลล์มนุษย์ที่มีชีวิตได้โดยไม่ต้องสร้างโครงสร้างเทียมก่อน^{[ 9 ]}ในปี พ.ศ. 2552 Organovoได้ใช้เทคโนโลยีใหม่นี้เพื่อสร้างเครื่องพิมพ์ชีวภาพเชิงพาณิชย์เครื่องแรก^{[ 9 ]}หลังจากนั้นไม่นาน เครื่องพิมพ์ชีวภาพของ Organovo ก็ถูกนำไปใช้ในการพัฒนาหลอดเลือดที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งเป็น หลอดเลือด ชนิดแรกที่ไม่มีโครงสร้างเซลล์^{[ 9 ]}

ในช่วงทศวรรษ 2010 และหลังจากนั้น มีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการผลิตอวัยวะอื่นๆ เช่นตับและลิ้นหัวใจและเนื้อเยื่อเช่น เครือข่ายหลอดเลือด ผ่านการพิมพ์ 3 มิติ^{[ 9 ]}ในปี 2019 นักวิทยาศาสตร์ในอิสราเอลประสบความสำเร็จครั้งสำคัญเมื่อพวกเขาสามารถพิมพ์หัวใจ ขนาดเท่ากระต่าย พร้อมเครือข่ายหลอดเลือดที่สามารถหดตัวได้เหมือนหลอดเลือดตามธรรมชาติ^{[ 12 ]}หัวใจที่พิมพ์ออกมามีโครงสร้างทางกายวิภาคและการทำงานที่ถูกต้องเมื่อเทียบกับหัวใจจริง^{[ 12 ]}ความก้าวหน้านี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้จริงในการพิมพ์อวัยวะมนุษย์ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์^{[ 9 ]}ในความเป็นจริง นักวิทยาศาสตร์ที่มูลนิธิวอร์ซอเพื่อการวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์ในโปแลนด์ได้ทำงานเกี่ยวกับการสร้างตับอ่อน เทียมอย่างสมบูรณ์ โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ชีวภาพ^{[ 9 ]}ณ ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้สามารถพัฒนาต้นแบบที่ใช้งานได้^{[ 9 ]}นี่เป็นสาขาที่กำลังเติบโตและยังคงมีการวิจัยอีกมาก

การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตอวัยวะเทียมเป็นหัวข้อการศึกษาที่สำคัญในวิศวกรรมชีวภาพเนื่องจาก เทคนิค การผลิตที่รวดเร็วซึ่งเกี่ยวข้องกับการพิมพ์ 3 มิติมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ การประยุกต์ใช้ในการสังเคราะห์อวัยวะเทียมจึงมีความชัดเจนมากขึ้น ประโยชน์หลักบางประการของการพิมพ์ 3 มิติอยู่ที่ความสามารถในการผลิต โครงสร้าง นั่งร้าน จำนวนมาก รวมถึงความแม่นยำทางกายวิภาคในระดับสูงของผลิตภัณฑ์นั่งร้าน ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างที่คล้ายกับโครงสร้างจุลภาคของอวัยวะหรือเนื้อเยื่อ ตามธรรมชาติ ได้ อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ^{[ 13 ]}การพิมพ์อวัยวะโดยใช้การพิมพ์ 3 มิติสามารถทำได้โดยใช้เทคนิคที่หลากหลาย ซึ่งแต่ละเทคนิคมีข้อดีเฉพาะที่เหมาะสมกับการผลิตอวัยวะประเภทต่างๆ

SWIFT (Sacrificial writing into function tissue) เป็นวิธีการพิมพ์อวัยวะโดยการอัดเซลล์ที่มีชีวิตให้แน่นเพื่อเลียนแบบความหนาแน่นที่เกิดขึ้นในร่างกายมนุษย์ ในระหว่างการอัด จะมีการแกะสลักอุโมงค์เพื่อเลียนแบบหลอดเลือด และออกซิเจนและสารอาหารที่จำเป็นจะถูกส่งผ่านอุโมงค์เหล่านี้ เทคนิคนี้เป็นการนำวิธีการอื่นๆ ที่เคยอัดเซลล์หรือสร้างหลอดเลือด มารวมกัน SWIFT ผสมผสานทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันและเป็นการพัฒนาที่ทำให้นักวิจัยเข้าใกล้การสร้างอวัยวะเทียมที่มีฟังก์ชันการทำงานมากขึ้น^{[ 2 ]}

This method of organ printing uses spatially controlled light or laser to create a 2D pattern that is layered through a selective photopolymerization in the bio-ink reservoir. A 3D structure can then be built in layers using the 2D pattern. Afterwards the bio-ink is removed from the final product. SLA bioprinting allows for the creation of complex shapes and internal structures. The feature resolution for this method is extremely high and the only disadvantage is the scarcity of resins that are biocompatible.^[14]

Drop-based bioprinting makes cellular developments utilizing droplets of an assigned material, which has oftentimes been combined with a cell line. Cells themselves can also be deposited in this manner with or without polymer. When printing polymer scaffolds using these methods, each drop starts to polymerize upon contact with the substrate surface and merge into a larger structure as droplets start to coalesce. Polymerization can happen through a variety of methods depending on the polymer used. For instance, alginate polymerization is started by calcium ions in the substrate, which diffuse into the liquified bioink and permit for the arrangement of a strong gel. Drop-based bioprinting is commonly utilized due to its productive speed. However, this may make it less appropriate for more complicated organ structures.^[15]

Extrusion bioprinting includes the consistent statement of a specific printing fabric and cell line from an extruder, a sort of portable print head. This tends to be a more controlled and gentler handle for fabric or cell statement, and permits for more noteworthy cell densities to be utilized within the development of 3D tissue or organ structures. In any case, such benefits are set back by the slower printing speeds involved by this procedure. Extrusion bioprinting is coupled with UV light, which photopolymerizes the printed fabric to create a more steady, coordinated construct.^[11]

การพิมพ์แบบ Fused deposition modeling (FDM) เป็นที่นิยมและมีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับการพิมพ์แบบ Selective laser sintering เครื่องพิมพ์ชนิดนี้ใช้หัวพิมพ์ที่มีโครงสร้างคล้ายกับเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท แต่ไม่ใช้หมึก เม็ดพลาสติกจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิสูงและปล่อยออกมาจากหัวพิมพ์ขณะที่เคลื่อนที่ สร้างวัตถุเป็นชั้นบางๆ^{[ 3 ]}สามารถใช้พลาสติกได้หลากหลายชนิดกับเครื่องพิมพ์ FDM นอกจากนี้ ชิ้นส่วนส่วนใหญ่ที่พิมพ์ด้วย FDM มักประกอบด้วยเทอร์โมพลาสติก ชนิดเดียวกัน กับที่ใช้ใน เทคนิค การฉีดขึ้นรูปหรือการกลึงแบบ ดั้งเดิม ^{[ 3 ]}ด้วยเหตุนี้ ชิ้นส่วนเหล่านี้จึงมีความทนทาน คุณสมบัติทางกล และลักษณะความเสถียรที่คล้ายคลึงกัน^{[ 3 ]}การควบคุมที่แม่นยำช่วยให้ปริมาณการปล่อยที่สม่ำเสมอและการวางตำแหน่งเฉพาะสำหรับแต่ละชั้นที่ประกอบเป็นรูปร่าง^{[ 3 ]}เมื่อพลาสติกที่ร้อนถูกวางจากหัวพิมพ์ มันจะหลอมรวมหรือยึดติดกับชั้นด้านล่าง เมื่อแต่ละชั้นเย็นลง มันจะแข็งตัวและค่อยๆ ยึดรูปร่างที่ต้องการสร้างขึ้นเมื่อมีการเพิ่มชั้นเข้าไปในโครงสร้างมากขึ้น

การเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLS) ใช้ผงวัสดุเป็นพื้นผิวสำหรับการพิมพ์วัตถุใหม่ SLS สามารถใช้สร้างวัตถุโลหะ พลาสติก และเซรามิกได้ เทคนิคนี้ใช้เลเซอร์ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เป็นแหล่งพลังงานในการเผาผนึกผงวัสดุ^{[ 16 ]}เลเซอร์จะลากเส้นตัดขวางตามรูปทรงของวัตถุที่ต้องการในผง ซึ่งจะหลอมรวมกันเป็นรูปทรงแข็ง^{[ 16 ]}จากนั้นจะวางผงชั้นใหม่ลงไป และกระบวนการจะทำซ้ำ โดยสร้างแต่ละชั้นด้วยการวางผงใหม่ทีละชั้น จนกระทั่งได้วัตถุทั้งหมด ข้อดีอย่างหนึ่งของการพิมพ์ SLS คือ ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือเพิ่มเติมมากนัก เช่น การขัด เมื่อพิมพ์วัตถุเสร็จแล้ว^{[ 16 ]}ความก้าวหน้าล่าสุดในการพิมพ์อวัยวะโดยใช้ SLS ได้แก่ โครงสร้าง 3 มิติของ รากฟันเทียม บริเวณใบหน้าและ กะโหลกศีรษะ รวมถึงโครงสร้างรองรับสำหรับการวิศวกรรมเนื้อเยื่อหัวใจ^{[ 16 ]}

วัสดุที่ใช้ในการพิมพ์ต้องตรงตามเกณฑ์ที่หลากหลาย โดยหนึ่งในเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดคือความเข้ากันได้ทางชีวภาพโครงสร้างที่ได้จากการพิมพ์ 3 มิติควรมีความเหมาะสมทั้งทางกายภาพและทางเคมีสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ความสามารถในการย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นอีกปัจจัยสำคัญ และรับประกันว่าโครงสร้างที่สร้างขึ้นจะสามารถสลายตัวได้เมื่อปลูกถ่ายสำเร็จ และถูกแทนที่ด้วยโครงสร้างเซลล์ที่เป็นธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากลักษณะของการพิมพ์ 3 มิติ วัสดุที่ใช้ต้องสามารถปรับแต่งและปรับเปลี่ยนได้ เหมาะสมกับเซลล์หลายประเภทและโครงสร้างที่หลากหลาย^{[ 17 ]}

วัสดุสำหรับการพิมพ์ 3 มิติโดยทั่วไปประกอบด้วย พอลิ เมอร์อัลจิเนตหรือไฟบ ริน ที่ผสานรวมกับ โมเลกุล การยึดเกาะของเซลล์ซึ่งสนับสนุนการยึดเกาะทางกายภาพของเซลล์ พอลิเมอร์ดังกล่าวได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างและตอบสนองต่อการรวมตัวของเซลล์ คำว่าหมึกชีวภาพถูกใช้เป็นการจัดประเภทวัสดุที่เข้ากันได้กับการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติในวงกว้าง^{[ 18 ]}ไฮโดรเจลอัลจิเนตได้กลายเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดชนิดหนึ่งในการวิจัยการพิมพ์อวัยวะ เนื่องจากสามารถปรับแต่งได้สูง และสามารถปรับแต่งอย่างละเอียดเพื่อจำลองคุณสมบัติทางกลและทางชีวภาพบางอย่างที่เป็นลักษณะเฉพาะของเนื้อเยื่อธรรมชาติ ความสามารถของไฮโดรเจลในการปรับแต่งให้ตรงกับความต้องการเฉพาะทำให้สามารถใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่ปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งเหมาะสำหรับโครงสร้างเนื้อเยื่อหรืออวัยวะและสภาวะทางสรีรวิทยาที่ หลากหลาย ^{[ 19 ]} ความท้าทายที่สำคัญในการใช้อัลจิเนตคือความเสถียรและการย่อยสลายที่ช้า ซึ่งทำให้ยากต่อการสลายโครงสร้างเจลเทียมและแทนที่ด้วย เมทริกซ์นอกเซลล์ของเซลล์ที่ปลูกถ่าย^{[ 20 ]}ไฮโดรเจลอัลจิเนตที่เหมาะสมสำหรับการพิมพ์แบบอัดรีดมักจะมีโครงสร้างและความแข็งแรงเชิงกลน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการผสมผสานไบ โอ โพลีเมอร์ อื่นๆ เช่นนาโนเซลลูโลสเพื่อให้มีความเสถียรมากขึ้น คุณสมบัติของหมึกชีวภาพอัลจิเนตหรือโพลีเมอร์ผสมสามารถปรับแต่งและเปลี่ยนแปลงได้สำหรับการใช้งานและประเภทของอวัยวะที่แตกต่างกัน^{[ 20 ]}

พอลิเมอร์ธรรมชาติอื่นๆ ที่ใช้สำหรับการพิมพ์เนื้อเยื่อและอวัยวะ 3 มิติ ได้แก่ไคโตซาน ไฮ ดรอกซีอะพาไทต์ (HA) คอลลาเจนและเจลาติน เจลาตินเป็นพอลิเมอร์ที่ไวต่ออุณหภูมิซึ่งมีคุณสมบัติที่แสดงให้เห็นถึงความสามารถใน การละลายที่สึกหรอได้ดีเยี่ยม การย่อย สลายได้ทางชีวภาพ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ รวมถึงการปฏิเสธทางภูมิคุ้มกันต่ำ[ 21 ^{]คุณสมบัติเหล่า}นี้เป็นประโยชน์และส่งผลให้การยอมรับอวัยวะที่พิมพ์ด้วยไบโอ 3 มิติเมื่อปลูกถ่ายในร่างกายสูงขึ้น^{[ 21 ]}

พอลิเมอร์สังเคราะห์ถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ผ่านปฏิกิริยาเคมีของโมโนเมอร์คุณสมบัติทางกลของพวกมันเป็นที่น่าพอใจ เนื่องจากน้ำหนักโมเลกุลสามารถควบคุมได้ตั้งแต่ต่ำไปจนถึงสูงตามความต้องการที่แตกต่างกัน^{[ 21 ]}อย่างไรก็ตาม การขาดกลุ่มฟังก์ชันและความซับซ้อนของโครงสร้างได้จำกัดการใช้งานในการพิมพ์อวัยวะ พอลิเมอร์สังเคราะห์ในปัจจุบันที่มีความสามารถในการพิมพ์ 3 มิติที่ยอดเยี่ยมและความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อในร่างกาย ได้แก่ โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) โพลี ( แลคติก-ไกลโคลิกแอซิด) (PLGA)และโพลียูรีเทน (PU) PEG เป็นโพลีอีเทอร์ สังเคราะห์ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ ไม่ก่อให้เกิดภูมิคุ้มกัน และมีคุณสมบัติทางกลที่ปรับได้สำหรับการใช้งานในการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ^{[ 21 ]}แม้ว่า PEG จะถูกนำไปใช้ในการใช้งานการพิมพ์ 3 มิติต่างๆ แต่การขาดโดเมนการยึดเกาะของเซลล์ได้จำกัดการใช้งานเพิ่มเติมในการพิมพ์อวัยวะ PLGA ซึ่งเป็นโคพอลิเมอร์สังเคราะห์เป็นที่คุ้นเคยกันดีในสิ่งมีชีวิต เช่น สัตว์ มนุษย์ พืช และจุลินทรีย์ PLGA ใช้ร่วมกับพอลิเมอร์อื่นๆ เพื่อสร้างระบบวัสดุที่แตกต่างกัน รวมถึง PLGA-เจลาติน, PLGA-คอลลาเจน ซึ่งทั้งหมดนี้ช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลของวัสดุ เข้ากันได้ทางชีวภาพเมื่อวางในร่างกายและมีการย่อยสลายทางชีวภาพที่ปรับได้^{[ 21 ]} PLGA มักถูกใช้ในโครงสร้างที่พิมพ์ขึ้นเพื่อ การฟื้นฟูของ กระดูกตับ และอวัยวะขนาดใหญ่อื่นๆ สุดท้าย PU มีเอกลักษณ์ตรงที่สามารถจำแนกได้เป็นสองกลุ่ม คือ ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและย่อยสลายไม่ได้ทางชีวภาพ^{[ 21 ]}มีการใช้ในด้านการพิมพ์ชีวภาพเนื่องจากคุณสมบัติทางกลและชีวเฉื่อยที่ดีเยี่ยม การประยุกต์ใช้ PU อย่างหนึ่งคือหัวใจเทียม ที่ไม่มีชีวิต อย่างไรก็ตาม การใช้เครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติที่มีอยู่ไม่สามารถพิมพ์พอลิเมอร์นี้ได้^{[ 21 ]} มีการสร้าง PU ที่ยืดหยุ่นได้ชนิดใหม่ขึ้นโดยประกอบด้วยโมโนเมอร์ PEG และโพ ลีแคโปรแลคโตน (PCL) ^{[ 21 ]}วัสดุใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม การย่อยสลายทางชีวภาพ การพิมพ์ทางชีวภาพ และความเสถียรทางชีวภาพสำหรับการใช้งานในการพิมพ์และการผลิตอวัยวะเทียมทางชีวภาพที่ซับซ้อน^{[ 21 ]}เนื่องจากโครงสร้างเครือข่ายหลอดเลือดและประสาทที่สูง วัสดุนี้สามารถนำไปใช้ในการพิมพ์อวัยวะในรูปแบบที่ซับซ้อนหลากหลายวิธี เช่นสมองหัวใจปอดและไต

พอลิเมอร์ไฮบริดธรรมชาติ-สังเคราะห์ขึ้นอยู่กับ ผล เสริมฤทธิ์กันระหว่างส่วนประกอบสังเคราะห์และพอลิเมอร์ชีวภาพ^{[ 21 ]}เจลาตินเมทาคริลอยล์ (GelMA) ได้กลายเป็นวัสดุชีวภาพที่ได้รับความนิยมในด้านการพิมพ์ชีวภาพ GelMA แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ใช้ได้จริงในฐานะวัสดุหมึกชีวภาพเนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่เหมาะสมและคุณสมบัติทางเคมีจิตที่ปรับแต่งได้ง่าย^{[ 21 ]}กรดไฮยาลูโรนิก (HA) -PEG เป็นพอลิเมอร์ไฮบริดธรรมชาติ-สังเคราะห์อีกชนิดหนึ่งที่พิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จอย่างมากในการใช้งานการพิมพ์ชีวภาพ HA ที่รวมกับพอลิเมอร์สังเคราะห์ช่วยให้ได้โครงสร้างที่เสถียรมากขึ้น มีความมีชีวิตของเซลล์สูง และมีการสูญเสียคุณสมบัติทางกลน้อยลงหลังจากการพิมพ์^{[ 21 ]}การประยุกต์ใช้ HA-PEG ในการพิมพ์ชีวภาพเมื่อเร็วๆ นี้คือการสร้างตับเทียม สุดท้ายนี้ ชุดของพอลิเมอร์ไฮบริดโพลียูรีเทน (PU)-เจลาตินที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่มีคุณสมบัติทางกลที่ปรับแต่งได้และอัตราการย่อยสลายที่มีประสิทธิภาพได้รับการนำไปใช้ในการพิมพ์อวัยวะ^{[ 21 ]}ไฮบริดนี้มีความสามารถในการพิมพ์โครงสร้างที่ซับซ้อน เช่นโครงสร้างรูปทรง จมูก

โพลิเมอร์ทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นมีศักยภาพที่จะนำไปผลิตเป็นอวัยวะเทียมชีวภาพที่สามารถปลูกถ่ายได้ เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง การฟื้นฟูอวัยวะตามความต้องการเฉพาะการคัดกรองยาตลอดจนการวิเคราะห์แบบ จำลองทาง เมตาบอลิ ซึม

การสร้างอวัยวะที่สมบูรณ์มักต้องอาศัยการรวมเซลล์หลายประเภทที่จัดเรียงในรูปแบบที่แตกต่างกัน ข้อดีอย่างหนึ่งของอวัยวะที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เมื่อเทียบกับการปลูกถ่ายแบบ ดั้งเดิม คือ ศักยภาพในการใช้เซลล์ที่ได้จากผู้ป่วยเพื่อสร้างอวัยวะใหม่ ซึ่งจะช่วยลดโอกาสการปฏิเสธการปลูกถ่ายได้อย่างมาก และอาจไม่จำเป็นต้องใช้ยาต้านภูมิคุ้มกันหลังการปลูกถ่าย ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงด้านสุขภาพของการปลูกถ่าย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอาจไม่สามารถรวบรวมเซลล์ทุกประเภทที่ต้องการได้เสมอไป จึงอาจจำเป็นต้องรวบรวมเซลล์ต้นกำเนิดจากผู้ใหญ่หรือกระตุ้นให้เนื้อเยื่อที่รวบรวมมา มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ^{[ 19 ]}ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ ที่ต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมาก และมาพร้อมกับความเสี่ยงด้านสุขภาพที่อาจเกิดขึ้น เนื่องจากเซลล์ในอวัยวะที่พิมพ์เกิดขึ้นภายนอกร่างกายและต้องใช้ปัจจัยการเจริญเติบโตจากภายนอก อย่างไรก็ตาม ความสามารถของเนื้อเยื่อบางชนิดในการจัดระเบียบตัวเองเป็นโครงสร้างที่แตกต่างกัน อาจเป็นวิธีในการสร้างเนื้อเยื่อและสร้างประชากรเซลล์ที่แตกต่างกันไปพร้อมๆ กัน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและฟังก์ชันการทำงานของการพิมพ์อวัยวะ^{[ 22 ]}

ประเภทของเครื่องพิมพ์ที่ใช้ในการพิมพ์ออร์แกน ได้แก่: ^{[ 14 ]}

• เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท
• หัวฉีดหลายหัว
• เครื่องพิมพ์ไฮบริด
• การปั่นด้วยไฟฟ้า
• จัดส่งตามสั่ง

เครื่องพิมพ์เหล่านี้ใช้ในวิธีการที่ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ เครื่องพิมพ์แต่ละชนิดต้องการวัสดุที่แตกต่างกัน และมีข้อดีและข้อจำกัดของตัวเอง

ปัจจุบัน วิธีการรักษาเพียงวิธีเดียวสำหรับผู้ที่มีภาวะอวัยวะล้มเหลวคือการรอรับการปลูกถ่ายจากผู้บริจาคที่มีชีวิตหรือเพิ่งเสียชีวิต^{[ 23 ]}ในสหรัฐอเมริกาเพียงประเทศเดียว มีผู้ป่วยมากกว่า 100,000 รายที่อยู่ในรายชื่อรอรับการปลูกถ่ายอวัยวะเพื่อรออวัยวะจากผู้บริจาค^{[ 24 ]}ผู้ป่วยที่อยู่ในรายชื่อผู้บริจาคอาจต้องรอหลายวัน หลายสัปดาห์ หลายเดือน หรือแม้แต่หลายปี จนกว่าจะมีอวัยวะที่เหมาะสมพร้อมใช้งาน ระยะเวลารอโดยเฉลี่ยสำหรับการปลูกถ่ายอวัยวะทั่วไปบางชนิดมีดังนี้: สี่เดือนสำหรับหัวใจหรือปอด สิบเอ็ดเดือนสำหรับตับอ่อน สองปีสำหรับตับอ่อน และห้าปีสำหรับไต^{[ 25 ]}นี่เป็นการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจากช่วงทศวรรษ 1990 ซึ่งผู้ป่วยอาจรอเพียงห้าสัปดาห์สำหรับหัวใจ^{[ 23 ]}ระยะเวลารอที่ยาวนานเหล่านี้เกิดจากการขาดแคลนอวัยวะ รวมถึงความจำเป็นในการค้นหาอวัยวะที่เหมาะสมสำหรับผู้รับ^{[ 25 ]}อวัยวะจะถือว่าเหมาะสมสำหรับผู้ป่วยโดยพิจารณาจากหมู่เลือดขนาดร่างกายที่ใกล้เคียงกันระหว่างผู้บริจาคและผู้รับ ความรุนแรงของอาการป่วยของผู้ป่วย ระยะเวลาที่ผู้ป่วยรออวัยวะ ความพร้อมของผู้ป่วย (เช่น ความสามารถในการติดต่อผู้ป่วย หากผู้ป่วยติดเชื้อ) ความใกล้ชิดของผู้ป่วยกับผู้บริจาค และระยะเวลาที่อวัยวะของผู้บริจาคยังคงใช้งานได้^{[ 26 ]}ในสหรัฐอเมริกา มีผู้เสียชีวิต 20 คนต่อวันขณะรออวัยวะ^{[ 24 ]}การพิมพ์อวัยวะแบบ 3 มิติมีศักยภาพที่จะขจัดปัญหาทั้งสองนี้ได้ หากสามารถพิมพ์อวัยวะได้ทันทีที่ต้องการ ก็จะไม่มีปัญหาการขาดแคลน นอกจากนี้ การเพาะเลี้ยงเซลล์ของผู้ป่วยเองลงในอวัยวะที่พิมพ์แล้วจะช่วยขจัดความจำเป็นในการคัดกรองอวัยวะของผู้บริจาคเพื่อความเข้ากันได้

การใช้งานการพิมพ์ 3 มิติในการผ่าตัดได้พัฒนาจากการพิมพ์เครื่องมือผ่าตัดไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีเฉพาะบุคคลสำหรับการเปลี่ยนข้อต่อทั้งหมด การปลูกถ่ายฟัน และเครื่องช่วยฟัง^{[ 27 ]}ในด้านการพิมพ์อวัยวะ แอปพลิเคชันต่างๆ สามารถนำไปใช้กับผู้ป่วยและศัลยแพทย์ได้ ตัวอย่างเช่น อวัยวะที่พิมพ์ขึ้นได้ถูกนำมาใช้เพื่อจำลองโครงสร้างและการบาดเจ็บ เพื่อให้เข้าใจกายวิภาคศาสตร์ ได้ดีขึ้น และหารือเกี่ยวกับแผนการรักษาdกับผู้ป่วย^{[ 28 ]}ในกรณีเหล่านี้ ไม่จำเป็นต้องมีฟังก์ชันการทำงานของอวัยวะ และใช้สำหรับการพิสูจน์แนวคิด อวัยวะจำลองเหล่านี้ช่วยให้เกิดความก้าวหน้าในการปรับปรุงเทคนิคการผ่าตัด การฝึกอบรมศัลยแพทย์ที่ไม่มีประสบการณ์ และการก้าวไปสู่การรักษาเฉพาะบุคคล^{[ 28 ]}

เทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะ 3 มิติช่วยให้สามารถสร้างอวัยวะที่มีความซับซ้อนสูงได้ด้วยความแม่ reproducible สูง รวดเร็ว และคุ้มค่า^{[ 3 ]}การพิมพ์ 3 มิติถูกนำมาใช้ในการวิจัยและการผลิตยา โดยเป็นระบบที่เปลี่ยนแปลงได้ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมขนาดหยดและปริมาณยาได้อย่างแม่นยำการแพทย์เฉพาะบุคคลและการผลิตโปรไฟล์การปลดปล่อยยาที่ซับซ้อน^{[ 3 ]}เทคโนโลยีนี้ต้องการ อุปกรณ์ ส่งยา แบบฝัง ซึ่งยาจะถูกฉีดเข้าไปในอวัยวะที่พิมพ์ 3 มิติและจะถูกปล่อยออกมาเมื่ออยู่ในร่างกาย^{[ 3 ]}นอกจากนี้ การพิมพ์อวัยวะยังถูกใช้เป็นเครื่องมือที่เปลี่ยนแปลงได้สำหรับการทดสอบในหลอดทดลอง^{[ 3 ]}อวัยวะที่พิมพ์แล้วสามารถนำมาใช้ในการค้นพบและการวิจัยปริมาณยาโดยพิจารณาจากปัจจัยการปลดปล่อยยา^{[ 3 ]}

เทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะยังสามารถรวมเข้ากับเทคโนโลยีไมโครฟลูอิดิก เพื่อพัฒนา อวัยวะบนชิปได้ [ ^{29 ] อวัยวะ}บนชิปเหล่านี้มีศักยภาพที่จะนำไปใช้เป็นแบบจำลองโรค ช่วยในการค้นพบยา และทำการ ทดสอบ แบบความเร็วสูง^{[ 29 ]}อวัยวะบนชิปทำงานโดยการสร้างแบบจำลอง 3 มิติที่เลียนแบบเมทริกซ์นอกเซลล์ตามธรรมชาติ ทำให้สามารถแสดงการตอบสนองต่อยาได้อย่างสมจริง^{[ 29 ]}จนถึงขณะนี้ การวิจัยมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาตับบนชิปและหัวใจบนชิป แต่ก็มีศักยภาพที่จะพัฒนาแบบจำลองร่างกายทั้งหมดบนชิปได้^{[ 29 ]}

ด้วยการรวมอวัยวะที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ นักวิจัยจึงสามารถสร้างร่างกายบนชิปได้ แบบจำลองหัวใจบนชิปได้ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบว่ายาหลายชนิดที่มีผลข้างเคียงที่เกี่ยวข้องกับอัตราการเต้นของหัวใจ เช่น ยาเคมีบำบัดโดโซรูบิซินอาจส่งผลกระทบต่อแต่ละบุคคล อย่างไร ^{[ 30 ]}แพลตฟอร์มร่างกายบนชิปแบบใหม่นี้ประกอบด้วยตับ หัวใจ ปอด และไตบนชิป อวัยวะบนชิปเหล่านี้จะถูกพิมพ์หรือสร้างแยกกันแล้วนำมารวมเข้าด้วยกัน การใช้แพลตฟอร์มนี้ทำให้สามารถทำการศึกษาความเป็นพิษของยาได้ในปริมาณมาก ลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการค้นพบยา^{[ 29 ]}

เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยมีเป้าหมายโดยรวมคือการผลิตผลิตภัณฑ์ ในทางกลับกัน การพิมพ์อวัยวะเป็นอุตสาหกรรมใหม่ที่ใช้ส่วนประกอบทางชีวภาพเพื่อพัฒนาการใช้งานทางการรักษาสำหรับการปลูกถ่ายอวัยวะ เนื่องจากความสนใจที่เพิ่มขึ้นในสาขานี้ จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีการกำหนดกฎระเบียบและข้อพิจารณาทางจริยธรรม^{[ 31 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อาจมีปัญหาทางกฎหมายตั้งแต่การแปลผลก่อนคลินิกไปจนถึงการแปลผลทางคลินิกสำหรับวิธีการรักษานี้^{[ 32 ]}

กฎระเบียบปัจจุบันของอเมริกาเกี่ยวกับการจับคู่อวัยวะมุ่งเน้นไปที่ทะเบียนผู้บริจาคอวัยวะแห่งชาติหลังจากที่พระราชบัญญัติการปลูกถ่ายอวัยวะแห่งชาติผ่านการอนุมัติในปี 1984 ^{[ 1 ]}พระราชบัญญัตินี้ถูกกำหนดขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายอย่างเท่าเทียมและซื่อสัตย์ แม้ว่าจะพิสูจน์แล้วว่าไม่เพียงพอเนื่องจากความต้องการการปลูกถ่ายอวัยวะมีมาก การพิมพ์อวัยวะสามารถช่วยลดความไม่สมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์ได้โดยการพิมพ์อวัยวะทดแทนเฉพาะบุคคล ซึ่งทั้งหมดนี้ไม่สามารถทำได้หากไม่มีกฎระเบียบองค์การอาหารและยา (FDA) มีหน้าที่รับผิดชอบในการควบคุมผลิตภัณฑ์ชีวภาพอุปกรณ์ และยาในสหรัฐอเมริกา^{[ 31 ] [ 32 ]}เนื่องจากความซับซ้อนของวิธีการรักษาแบบนี้ ตำแหน่งของการพิมพ์อวัยวะบนสเปกตรัมจึงยังไม่ชัดเจน การศึกษาได้ระบุลักษณะของอวัยวะที่พิมพ์ว่าเป็นผลิตภัณฑ์ผสมผสานหลายฟังก์ชัน ซึ่งหมายความว่าอยู่ระหว่างภาคส่วนผลิตภัณฑ์ชีวภาพและอุปกรณ์ของ FDA ซึ่งนำไปสู่กระบวนการตรวจสอบและอนุมัติที่กว้างขวางมากขึ้น^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}ในปี 2559 องค์การอาหารและยา (FDA) ได้ออกร่างแนวทางเกี่ยวกับการพิจารณาทางเทคนิคสำหรับอุปกรณ์ที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ และกำลังประเมินการยื่นขออนุมัติอุปกรณ์ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติใหม่^{[ 34 ]}อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังไม่ก้าวหน้ามากพอที่ FDA จะนำมาใช้โดยตรง^{[ 33 ]}ปัจจุบัน เครื่องพิมพ์ 3 มิติ มากกว่าผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เป็นจุดสนใจหลักในการประเมินความปลอดภัยและประสิทธิภาพ เพื่อสร้างมาตรฐานให้กับเทคโนโลยีสำหรับแนวทางการรักษาเฉพาะบุคคล จากมุมมองระดับโลก มีเพียงหน่วยงานกำกับดูแลอุปกรณ์ทางการแพทย์ของเกาหลีใต้และญี่ปุ่นเท่านั้นที่ได้จัดทำแนวทางที่ใช้ได้กับการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ^{[ 31 ]}

นอกจากนี้ยังมีความกังวลเกี่ยวกับทรัพย์สินทางปัญญาและการเป็นเจ้าของ ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อเรื่องสำคัญอื่นๆ เช่น การละเมิดลิขสิทธิ์ การควบคุมคุณภาพในการผลิต และการใช้งานโดยไม่ได้รับอนุญาตในตลาดมืด^{[ 32 ] [ 33 ]}ข้อพิจารณาเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่วัสดุและกระบวนการผลิตเป็นหลัก และมีการอธิบายอย่างละเอียดมากขึ้นในหัวข้อย่อยด้านกฎหมายของการพิมพ์ 3 มิติ

จากมุมมองด้านจริยธรรม มีข้อกังวลเกี่ยวกับความพร้อมใช้งานของเทคโนโลยีการพิมพ์อวัยวะ แหล่งที่มาของเซลล์ และความคาดหวังของสาธารณชน แม้ว่าวิธีการนี้อาจมีราคาถูกกว่าการปลูกถ่ายอวัยวะด้วยการผ่าตัดแบบดั้งเดิม แต่ก็ยังมีความสงสัยเกี่ยวกับความพร้อมใช้งานทางสังคมของอวัยวะที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเหล่านี้ งานวิจัยร่วมสมัยพบว่าอาจมีการแบ่งชั้นทางสังคมสำหรับประชากรที่ร่ำรวยกว่าที่จะสามารถเข้าถึงการรักษานี้ได้ ในขณะที่ประชากรทั่วไปยังคงอยู่ในทะเบียนอวัยวะ^{[ 35 ]}แหล่งที่มาของเซลล์ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ก็จำเป็นต้องได้รับการพิจารณาเช่นกัน การพิมพ์อวัยวะสามารถลดหรือกำจัดการศึกษาและการทดลองในสัตว์ได้ แต่ก็ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับผลกระทบทางจริยธรรมของแหล่งที่มาแบบออโตโลจัสและอัลโลเจนิค^{[ 35 ] [ 36 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การศึกษาได้เริ่มตรวจสอบความเสี่ยงในอนาคตสำหรับมนุษย์ที่เข้ารับการทดสอบเชิงทดลอง^{[ 31 ]}โดยทั่วไป การประยุกต์ใช้นี้อาจก่อให้เกิดความแตกต่างทางสังคม วัฒนธรรม และศาสนา ทำให้การบูรณาการและการควบคุมทั่วโลกทำได้ยากขึ้น^{[ 32 ]}โดยรวมแล้ว การพิจารณาด้านจริยธรรมของการพิมพ์อวัยวะนั้นคล้ายคลึงกับจริยธรรมทั่วไปของการพิมพ์ชีวภาพแต่เป็นการอนุมานจากเนื้อเยื่อไปสู่อวัยวะ โดยรวมแล้ว การพิมพ์อวัยวะมีผลกระทบทางกฎหมายและจริยธรรมทั้งในระยะสั้นและระยะยาวที่ต้องพิจารณาก่อนที่จะสามารถผลิตในวงกว้างได้

การพิมพ์อวัยวะเพื่อการใช้งานทางการแพทย์ยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ดังนั้นผลกระทบในระยะยาวของการพิมพ์อวัยวะจึงยังไม่สามารถระบุได้ นักวิจัยหวังว่าการพิมพ์อวัยวะจะช่วยลดปัญหาการขาดแคลนอวัยวะสำหรับการปลูกถ่ายได้^{[ 37 ]}ปัจจุบันมีการขาดแคลนอวัยวะที่ใช้ได้ รวมถึงตับ ไต และปอด^{[ 38 ]}ระยะเวลารอคอยที่ยาวนานในการรับอวัยวะช่วยชีวิตเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการเสียชีวิตในสหรัฐอเมริกา โดยเกือบหนึ่งในสามของการเสียชีวิตในแต่ละปีในสหรัฐอเมริกาสามารถชะลอหรือป้องกันได้ด้วยการปลูกถ่ายอวัยวะ^{[ 38 ]}ปัจจุบันอวัยวะเดียวที่ได้รับการพิมพ์ชีวภาพแบบ 3 มิติและปลูกถ่ายในมนุษย์ได้สำเร็จคือกระเพาะปัสสาวะ^{[ 39 ]}กระเพาะปัสสาวะถูกสร้างขึ้นจากเนื้อเยื่อกระเพาะปัสสาวะของผู้รับ^{[ 39 ]}นักวิจัยได้เสนอว่าผลกระทบเชิงบวกที่อาจเกิดขึ้นจากการพิมพ์อวัยวะแบบ 3 มิติคือความสามารถในการปรับแต่งอวัยวะสำหรับผู้รับ^{[ 3 ]}การพัฒนาที่ทำให้สามารถใช้เซลล์ของผู้รับอวัยวะในการสังเคราะห์อวัยวะได้จะช่วยลดความเสี่ยงของการปฏิเสธอวัยวะ^{[ 38 ]}

ความสามารถในการพิมพ์อวัยวะได้ลดความต้องการการทดสอบในสัตว์ลง^{[ 40 ]}การทดสอบในสัตว์ใช้เพื่อกำหนดความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ต่างๆ ตั้งแต่เครื่องสำอางไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ บริษัทเครื่องสำอางกำลังใช้แบบจำลองเนื้อเยื่อขนาดเล็กเพื่อทดสอบผลิตภัณฑ์ใหม่บนผิวหนัง^{[ 40 ]}ความสามารถในการพิมพ์ผิวหนังแบบ 3 มิติช่วยลดความจำเป็นในการทดลองในสัตว์สำหรับการทดสอบเครื่องสำอาง^{[ 38 ]}นอกจากนี้ ความสามารถในการพิมพ์แบบจำลองอวัยวะของมนุษย์เพื่อทดสอบความปลอดภัยและประสิทธิภาพของยาใหม่ๆ ยังช่วยลดความจำเป็นในการทดลองในสัตว์ลงอีกด้วย^{[ 40 ]}นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้ระบุว่าความปลอดภัยของยาสามารถทดสอบได้อย่างแม่นยำบนแบบจำลองเนื้อเยื่อปอดขนาดเล็ก^{[ 40 ]}บริษัท Organovo ซึ่งออกแบบเครื่องพิมพ์ชีวภาพเชิงพาณิชย์เครื่องแรกๆ ในปี 2552 ได้แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองเนื้อเยื่อ 3 มิติที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสามารถนำมาใช้ในการวิจัยและพัฒนายาใหม่ๆ รวมถึงยารักษาโรคมะเร็ง^{[ 41 ]}ผลกระทบเพิ่มเติมของการพิมพ์อวัยวะ ได้แก่ ความสามารถในการสร้างแบบจำลองเนื้อเยื่อได้อย่างรวดเร็ว จึงช่วยเพิ่มผลผลิต^{[ 3 ]}

หนึ่งในความท้าทายของการพิมพ์อวัยวะแบบ 3 มิติ คือการสร้างระบบหลอดเลือดที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของอวัยวะ^{[ 42 ]}การออกแบบระบบหลอดเลือดที่ถูกต้องเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งสารอาหาร ออกซิเจน และของเสีย^{[ 42 ]}หลอดเลือด โดยเฉพาะเส้นเลือดฝอย เป็นสิ่งที่ยากต่อการสร้างเนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก^{[ 38 ]}มีความก้าวหน้าในด้านนี้ที่มหาวิทยาลัยไรซ์ ซึ่งนักวิจัยได้ออกแบบเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างหลอดเลือดในไฮโดรเจลที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ และออกแบบแบบจำลองปอดที่สามารถเติมออกซิเจนในเลือดได้^{[ 42 ]}อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้มาพร้อมกับความท้าทายในการจำลองรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ อื่นๆ ของอวัยวะ^{[ 42 ]}การจำลองเครือข่ายที่พันกันของทางเดินหายใจ หลอดเลือด และท่อน้ำดี รวมถึงรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนของอวัยวะเป็นเรื่องยาก^{[ 42 ]}

ความท้าทายที่พบในสาขาการพิมพ์อวัยวะไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การวิจัยและพัฒนาเทคนิคเพื่อแก้ปัญหาเรื่องหลอดเลือดหลายเส้นและรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนเท่านั้น ก่อนที่การพิมพ์อวัยวะจะแพร่หลายได้ จำเป็นต้องค้นหาแหล่งเซลล์ที่ยั่งยืนและพัฒนากระบวนการผลิตขนาดใหญ่^{[ 43 ]}ความท้าทายเพิ่มเติม ได้แก่ การออกแบบการทดลองทางคลินิกเพื่อทดสอบความอยู่รอดในระยะยาวและความเข้ากันได้ทางชีวภาพของอวัยวะสังเคราะห์^{[ 43 ]}แม้ว่าจะมีการพัฒนามากมายในสาขาการพิมพ์อวัยวะ แต่ก็ยังต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมอีกมาก