美国哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang助理教授&土耳其科奇大学S. Tasoglu副教授团队：3D生物打印组织芯片

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文章简介

使用基于人类细胞的组织芯片（organ-on-a-chip, OOC）平台能够深入了解真实世界的人体器官功能和疾病病理生理学，以及更准确地预测新药或治疗实践的疗效和潜在副作用，为转化科学和再生医学提供了宝贵的整合。近年来，3D打印和3D生物打印得益于其成本低，周转时间快，广泛的材料等优势，促进了医疗设备、传感器、组织支架和微流体芯片的制造，可用于传感、梯度生成、化学混合、组织工程和OOC等应用。

本综述回顾了3D生物打印OOC的最新进展。首先，介绍了不同的生物打印技术，以及每种工艺的优缺点。使用3D生物打印制作OOC原型需要最少的微制造技能，并能够同时/连续（生物）打印聚合物、水凝胶和多种细胞类型，可以生产定制的、可复制的、可灌注的和复杂的患者特定的3D仿生组织构建体，这是传统技术难以实现的。3D生物打印技术可主要分为两类:(1)基于喷嘴的，如喷墨（液滴）和挤压式; (2)基于光的，如基于立体光刻设备(SLA)/数字光处理(DLP)，基于双光子聚合，激光辅助和计算轴向光刻。

图1.  3D生物打印OOC的各种应用

接着，讨论了这些方法中使用的生物墨水和细胞源。3D生物打印的生物墨水，需要满足一些必要条件，例如适当的流变性、生物相容性、结构细胞生长支持以及适当的机械性能。主要分为两大类：基于细胞支架和基于无支架细胞。制备OOC时选择材料的重要因素包括交联机制和细胞相互作用。不同的材料具有各自的优劣势，混合生物墨水是改善生物墨水性质的创新。此外，最近包含生物衍生成分和活细胞的复合配方（称为“活材料”）也因其独特性质而受到关注。生物墨水中使用的细胞来源也各不相同，OOC应用中最常用的细胞来源包括干细胞、原代细胞和永生细胞。

随后，如图1所示文章综述了3D生物打印OOC的示例，包括OOC在心血管系统、大脑和血脑屏障、肺和呼吸系统、肝脏、肠道、肾脏系统、乳房、骨骼和软骨系统以及皮肤研究中的应用，突出了所研究案例的设计特点、优势和局限性。

最后，提出了挑战和未来的研究领域。未来的研究可以考虑开发新的3D生物打印方法，或者结合当前的方法来解决混合生物打印机的挑战。OOC的最终目标是开发芯片上的身体平台，该平台能够在考虑到所有器官的情况下进行患者特定的疾病调查和药物筛选。

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《聚集体（英文）》（Aggregate）创刊于2020年，是由华南理工大学、广东省大湾区华南理工大学聚集诱导发光高等研究院、Wiley 出版社三方合作创办的开放获取式英文学术期刊（双月刊）。本刊致力于报道出版“聚集”过程中的基础和应用研究的前沿科学，包括但不限于材料、化学、物理、生物以及应用工程等领域。聚集体科学研究范围广泛，单分子层次之上均可视为聚集体。特别是功能材料、化学、物理、生物技术、生命科学以及应用工程等领域的重要进展，为学术界搭建一个交流思想和意见的新平台，去分享聚集体研究的新发现和新突破，讨论聚集体研究的挑战和机遇。期刊于2023年获得首个影响因子18.8，JCI指数1.47，先后收录于DOAJ、ESCI、CAS等数据库。

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