پرینت زیستی سه بعدی برای اولین بار در سال ۱۹۸۶ توسط Hull و همکارانش مطرح شد. از تکنیک‌های مختلف پرینت زیستی در ایجاد بافت‌های گوناگون از جمله عروق خونی، بافت کبد، استخوان و بافت قلب استفاده می‌شود. با این حال پرینت زیستی سه بعدی دارای محدودیت‌های قابل توجهی است. در این روش تنها شرایط اولیه ساختار پرینت شده در نظر گرفته می‌شود و آن را غیر پویا فرض می‌کنند. این درحالیست که عملکرد منحصر به فرد هر بافت، از یک سری تغییرات دینامیک و پویا در ساختار بافت ناشی می‌شود. بیشتر این تغییرات ساختاری، توسط مکانیسم‌های داخلی ایجاد می‌شوند و به محرک‌های ذاتی یا خارجی پاسخ می‌دهند و از طریق پرینت سه بعدی قابل تقلید نیستند.
ابتدا در سال ۲۰۱۴، Skylar Tibbits، مدیر آزمایشگاه خودآرایی (Self-Assembly) در انستیتوی فناوری ماساچوست(MIT) ، چاپ چهار بعدی (۴D) را به عنوان یک فناوری، با مفهوم ادغام مؤلفه زمان به عنوان بعد چهارم با مفهوم پرینت سه بعدی، مطرح کرد. پس از آن Gao و همکارانش این تعریف را بسط داده و بیان کردند که این مفهوم نه تنها شامل ساختارهای حاوی سلول که به نیروهای خارجی پاسخ می‌دهند می‌شود بلکه به بلوغ و ایجاد عملکرد در بافت پرینت شده نسبت به زمان نیز اطلاق می‌شود، حتی اگر تغییری در شکل و ظاهر بافت رخ ندهد. تصویر زیر رشد قابل توجه مقالات چاپ شده در حوزه‌ی پرینت چهار بعدی در سال‌های اخیر را نشان می‌دهد.
تغییر شکل و عملکرد ساختار پرینت شده نسبت به زمان دو استراتژی اصلی در پرینت چهار بعدی است. تغییر شکل متداول‌ترین روش برای معرفی بعد چهارم در پرینت زیستی سه بعدی است. روش‌های مختلفی برای تحقق بخشیدن به تغییر شکل ساختار پرینت شده وجود دارد که یا با استفاده از نیروی کششی سلول (CTF)یا با استفاده از خصوصیات تغییر شکل مواد زیستی خاص (مواد پاسخ دهنده به محرک) انجام می‌شود. سلول‌ها هنگام چسبیدن به یک بستر قادر به ایجاد نیروی کششی (CTF) با استفاده از پلیمریزاسیون اکتین و فعل و انفعالات آکتومیوزین هستند که در بسیاری از فرآیندهای زیستی مانند ترمیم زخم، آنژیوژنز، متاستاز و التهاب نقش اساسی دارد.
مواد پاسخ دهنده به محرک نیز به پلیمرهای هوشمندی اطلاق می‌شود که با ایجاد اتصالات عرضی فیزیکی یا شیمیایی در شبکه آن‌ها، تغییر شکل می‌یابند. محرک‌های فیزیکی شامل دما، رطوبت، جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی، نور و صدا می‌باشد. از محرک‌های شیمیایی نیز می‌توان به تغییر در pH و یون اشاره کرد. همچنین برخی از مواد به محرک‌های زیستی مانند ملکول‌های زیستی فعال (مثل آنزیم یا آنتی‌بادی و غیره) نیز پاسخ می‌دهند.
به طور خاص می‌توان از این تکنیک در مهندسی بافت استخوان به ویژه در ترمیم نقایص نامنظم استفاده کرد. علاوه بر این می‌توان از این تکنیک برای توسعه عروق خونی و شبکه‌های عصبی درون ساختارهای پرینت شده استخوانی استفاده کرد. با این هدف، از هیدروژل‌های هوشمند قابل تزریق، برای ساخت ساختارهایی با قابلیت تغییر شکل و بلوغ یافتن استفاده می‌شود.
تصویر ۲: استفاده از مفهوم پرینت زیستی ۴ بعدی در مهندسی بافت استخوان.
