3D生物列印創新實作課程培養跨域與轉譯思維
從細胞到組織構型：3D生物列印創新實作課程培養跨域與轉譯思維
為培養學生掌握再生醫學、組織工程與精準醫療快速發展下所需的跨領域能力，本科 施佑宗老師 於2026年暑期開設「3D生物列印技術之構思與應用」創新實作課程，將細胞生物學、生物材料、工程設計與3D生物列印技術整合於同一教學模組中，引導學生從「如何培養一個健康的細胞」出發，逐步思考「如何選擇適當材料」、「如何設計可列印的三維構型」，以及更重要的問題——一個列印成功的結構，是否真正具備生物學功能？
課程內容由 cell culture、bioink／hydrogel biomaterials及3D bioprinting technology 三個核心面向展開。學生首先實際觀察不同細胞的形態、進行細胞培養與傳代、細胞計數及接種，並比較細胞位於水膠材料表面（on hydrogel）與包埋於水膠內部（in hydrogel）時的生長型態差異 (圖一)。
接續進入GelMA、PEGDA、Matrigel、Gelatin與Pluronic等材料特性的分析，使學生理解一個理想的bioink並非只要求「能印出形狀」，更需要在可列印性、機械穩定性、細胞相容性與後續組織功能之間取得平衡。
實作階段進一步導入不同原理的3D生物列印平台，讓學生實際體驗擠出式與光固化列印技術在解析度、材料特性與細胞應用上的差異。課程特別設計四項具有目前生醫研究與轉譯價值的主題，包括 Organ-on-a-Chip、Vascularized Tissue Patch、Multilayer Skin Models及Osteochondral Interface (圖二)。
學生以小組合作方式(圖三)
，從細胞與材料選擇開始，自行規劃構型、進行列印、觀察實驗結果，並於最後提出模型限制與下一步驗證方法(圖四)。
課程評量內容亦涵蓋器官晶片的最小功能單元、血管化與擴散限制、多層皮膚的氣液界面培養、骨軟骨連續梯度設計，以及bioink與列印技術的選擇等核心概念。
值得注意的是，本課程並未以「列印出漂亮的模型」作為唯一成功標準。學生在成果報告中開始主動區分 geometrical success與biological success。例如骨軟骨界面組別指出，光固化平台雖能產生高解析度、孔洞完整的支架，但若缺乏後續細胞存活、分化及功能性分析，仍只能證明工程結構上的成功；其進一步提出以細胞存活、成骨相關表現及2D對照實驗作為後續驗證方向。 多層皮膚組亦從實際列印失敗中分析模型尺寸、針頭直徑、bioink黏度、列印壓力與溫度等可能原因，並提出利用不同列印平台(圖五-BioX6與 Lumen X)、加入fibroblasts、endothelial cells及keratinocytes來逐步提升模型生物複雜度的改良策略。
這些結果正反映本課程所希望建立的科學訓練：實驗失敗本身並不是終點，而是產生下一個可驗證假說的起點。在血管化組織貼片的學生報告中，即可看到學生由細胞傳代、水膠材料比較、三維構型設計一路延伸至Live/Dead assay、內皮細胞身分確認、血管形成定量及灌流功能等下一階段問題，顯示學生已逐漸由「操作實驗」進一步轉向「設計實驗」(圖六)。
課後學習回饋亦顯示良好的教學成效。本次共回收 17份有效回饋，其中教材內容平均評分約為 4.94／5分，教學方法、教師實作指導熱誠及助教實作指導熱誠皆獲得 5／5分；所有填答學生皆認為課程內容與產業具有高度相關性，且皆表示未來有機會願意再次參加類似課程。對未來就業與工作的幫助亦獲得全數肯定。學生於文字回饋中多次提及課程「創新」、「實用」、「收穫豐富」及具有未來應用價值；值得注意的是，多位學生提出的改善建議並非減少課程內容，而是希望延長課程時間、增加實作機會，以及提供更多構型設計參考資料，反映學生對此類跨領域實作課程具有高度投入與持續學習需求 (圖七–實作成果)。
從科學教育的角度而言，3D生物列印的價值不只是讓學生接觸一項新興設備，而是提供一個能同時整合細胞生物學、材料科學、工程製造、實驗設計與轉譯醫學的學習平台。本次課程亦將「可重現、可量化、可比較」的概念納入教學，引導學生理解研究成果若要從實驗室走向產業與臨床，必須進一步建立標準化製程與功能性驗證，而非停留於單一成功案例或外觀展示。此一理念亦貫穿課程最後的總結：可重現代表能穩定製造，可量化代表能客觀定義品質，而可比較才能證明新技術相較既有方法的真正價值。
施老師 認為最重要的成果，或許並非每一組都成功印出理想的組織模型，而是學生開始學會在細胞、材料、設備與生物功能之間提出問題、分析失敗、重新設計，並透過團隊合作尋找下一個可驗證的答案。
Explore together. Learn by doing. Fail, improve, and grow as a team.
期盼透過此類研究導向與問題導向的創新實作課程，讓學生不只是「使用3D生物列印機」，而是逐步具備設計下一世代生醫模型與轉譯研究的能力。