體積生物打印制造類肝臟代謝工廠

供稿人：謝璇璇 高琳
供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　
來源：中國機械工程學會增材制造技術（3D打印）分會

制備保留人體組織和器官功能的3D“活”結構是藥物發(fā)現(xiàn),、毒理學測試和精準醫(yī)學的先進體外模型以及再生醫(yī)學的主要研究方向,。生物打印技術已成功制備具有器官主要功能的結構，包括工程卵巢,，甲狀腺,，和神經支配骨骼肌。此外,，結合如圖1D所示類器官（表達關鍵器官樣行為的小型化3D結構）技術,，可制備生理相關大小（即高于厘米尺度的尺寸）的復雜“活”結構,。

荷蘭的烏德勒支大學醫(yī)學中心通過改良光驅動體積生物打�,。╲olumetric bioprinting , VBP）流程（如圖A所示）成功制造類肝臟生物代謝工廠。該技術原理為使用一系列待打印結構的過濾背投影,，用可見光從多個角度照射裝滿生物樹脂的腔室,，光投影疊加提供的累積能量劑量僅在與打印結構對應的幾何形狀中引發(fā)光交聯(lián)，從而快速構建打印結構,。體積生物打印的主要優(yōu)勢在于快速制造,，所需光劑量對細胞傷害小，無需支撐與犧牲結構,。

圖1 高分辨率體積生物打印技術打印類器官概述

當細胞及類器官成為3D打印原料缸中主要成分之一,，打印精度所依靠的光學性能下降。該團隊首先厘清細胞及肝臟類器官對光學性能的定量改變,，并通過加入10%（w/v）輔劑碘沙醇抵消了這種負面影響,，進而選定工藝窗口，使打印精度最高達到41.5 ± 2.9 微米,，并在不到30秒的時間里打印4.14立方厘米的構建體,。所打印的代謝工廠，其內類器官活性良好,，微觀結構和形態(tài)保存完整,，關鍵肝細胞分化標志物的表達豐富。從生物功能上看,，類器官分泌白蛋白與轉氨酶,，展現(xiàn)出氨解毒能力，這是肝臟中尿素循環(huán)的關鍵步驟,。除此以外,，打印結構引入晶格設計，從而調控類器官群空間分布,，控制支架內的流體流動,，影響類器官和培養(yǎng)液溶質通信，從而對氨解毒過程產生調節(jié)作用,。

總的來說,，超快VBP工藝與類器官技術的結合在開發(fā)先進的再生醫(yī)學方法和基礎生物學研究,，個性化藥物篩選和疾病建模的體外模型開發(fā)方面具有巨大潛力,。

參考文獻：
Paulina NB, Manon B, Jorge MW, Marc F, Sammy F, Nuria GR, et al. Volumetric Bioprinting of Organoids and Optically Tuned Hydrogels to Build Liver-Like Metabolic Biofactories. Advanced Materials. 2022. https://doi.org/10.1002/adma.202110054