《Advanced Materials》：生物3D打印与类器官 - 肝脏类器官
生 物 智 造 创 建 美 好 生 活
Intelligent Biomanufacturing Creates Better Life
来自荷兰Utrecht University的Paulina Nuñez Bernal等人以肝脏为模型平台，展示了如何将光固化生物3D打印技术和类器官技术的优点结合，从而制造出多尺度生物活性组织。通过生物3D打印，研究者能在20秒内将类器官塑造成复杂的厘米级尺寸的3D结构。这种无喷嘴的打印技术不会对类器官造成机械压力导致的损伤，从而保证了打印后的细胞存活率和形态。
本项研究通过体积式光固化生物3D打印方式制造具有人类肝脏关键功能的复杂类器官结构。解析了不同成分（单细胞和类器官）对生物3D打印过程的影响，即细胞介导的光散射对打印分辨率的影响。作者通过调整的GelMA为主的生物墨水的光学性质，通过匹配细胞折射率来减少散射现象，开发了一种通用的提高类器官生物3D打印精度的方法。与挤压式打印、铸造对照组相比，光固化打印的肝脏类器官具有高细胞密度，并显示出持续的活性和肝脏功能。这些发现展示了3D打印类器官的结构和所产生的生物功能之间的密切关系，显示生物制造对于开发先进的再生医学方法和体外模型开发的基础生物学研究、个性化药物筛选和疾病建模具有巨大的潜力。
高分辨率体积打印过程和研究设计概述。展示了最高分辨率打印的阳性特征（B）和可完全灌注的阴性特征（C）；（D) 肝脏类器官培养系统图，从人类肝脏活检开始，分离成单细胞，然后在旋转瓶系统中动态培养，高效建立空心上皮类器官结构；（E）插图为在动态灌注下培养以增强肝脏功能的生物3D打印类器官结构，展示了灌注的化合物（紫色圆圈）分解为代谢物（黑色方块）。
在没有光学校正的情况下，单细胞和类器官密度对体积生物打印精度的影响。用含有不同密度的单细胞（A）和类器官（B）的生物墨水，在不断增加的光剂量（250-625 mJ cm-2）下打印的结构的精细特征厚度。
通过碘克沙诺的调整生物墨水的光学性质，改善单细胞和类器官的体积式光固化生物3D打印。
体积式光固化生物3D打印的肝脏结构具有良好的活性和代谢能力。
体积式光固化生物3D打印的肝脏结构具有肝脏特异性标志物。
构建具有不同流动特性的数学衍生晶格结构调节3D打印肝脏类器官的功能。
本研究中生物3D打印肝脏类器官具有白蛋白合成能力、肝脏特异性酶的活性，以及高度仿生的极化表型。本研究中使用GelMA作为生物材料混合类器官，通过生物3D打印技术打印成不同晶格结构，并在灌注下进行动态培养。
这些3D打印的类器官结构具有良好代谢功能，通过改变打印结构，能够加强肝脏特有的氨解毒作用。这些发现展示了3D打印类器官的结构和所产生的生物功能之间的密切关系，显示生物制造对于开发先进的再生医学方法和体外模型开发的基础生物学研究、个性化药物筛选和疾病建模具有巨大的潜力。
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参考文献: Volumetric Bioprinting of Organoids and Optically Tuned Hydrogels to Build Liver‐Like Metabolic Biofactories. Bernal et al., Advanced Materials. 2022.
