【綜述】生物3D打印器官芯片

與動物模型和傳統(tǒng)的2D細(xì)胞培養(yǎng)相比，器官芯片技術(shù)可更真實(shí)地再現(xiàn)活體條件下的人類生物學(xué)特征。3D生物打印技術(shù)可連續(xù)生成包含細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，具有快速的周轉(zhuǎn)時(shí)間和極大的芯片設(shè)計(jì)靈活性。鑒于此，若將3D生物打印技術(shù)與器官芯片技術(shù)相結(jié)合（3D 打印器官芯片平臺），可使多細(xì)胞器官芯片創(chuàng)造出更接近于人體的3D組織，這也是了解器官功能、疾病對器官功能的破壞性影響、篩選藥物對器官的療效和毒性的有效手段。在此，哈佛醫(yī)學(xué)院Y. Shrike Zhang與土耳其考其大學(xué)Savas Tasoglu團(tuán)隊(duì)人員綜述了近年來3D生物打印器官芯片的最新進(jìn)展。首先，作者介紹了不同的生物打印技術(shù)（噴嘴型和光基型生物打印），以及每種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和關(guān)鍵性能。隨后，詳細(xì)介紹了3D生物打印常用的生物墨水和細(xì)胞類型。接著，系統(tǒng)性回顧了3D生物打印器官芯片的最新生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（圖1），包括器官芯片在心血管系統(tǒng)、腦和血腦屏障、肺和呼吸系統(tǒng)、肝臟、腸道、腎臟系統(tǒng)、乳房、骨和軟骨系統(tǒng)以及皮膚的應(yīng)用進(jìn)展，并突出了不同案例下3D生物打印器官芯片的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、優(yōu)勢、以及局限性。最后，作者提出了4D生物打印與智能生物材料相結(jié)合可用于構(gòu)建更復(fù)雜的仿生器官芯片模型。綜述以題為“3D bioprinted organ-on-chips”發(fā)表在Aggregate上。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/agt2.197

△3D生物打印器官芯片平臺

文章解讀：
1. 光基型生物打印具有較高的分辨率，可用于形成復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，但成本高昂、材料選擇有限限制了該方法的廣為使用。噴嘴型生物打印雖然成本低，但中等分辨率和剪切應(yīng)力（導(dǎo)致細(xì)胞活力較低）是該方法的不足之處。鑒于此，新型3D生物打印抑或與當(dāng)前技術(shù)相結(jié)合的混合型生物打印（如3D生物打印器官芯片）是目前的發(fā)展方向。

2. 微流控芯片具有高度的集成性，可與分子報(bào)告器、納米生物傳感器和高質(zhì)量成像設(shè)備相融合，對培養(yǎng)條件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，從中獲取分析氧、葡萄糖、pH值、乳酸、流體壓力、組織屏障完整性和細(xì)胞遷移等信息。

3. 器官芯片的最終目標(biāo)是開發(fā)人體芯片平臺，使多器官水平上研究患者特異性疾病和藥物篩選成為可能。但是，尋找一種能與多個或所有器官兼容的單一培養(yǎng)基（即血液的替代品）是未來值得探究的研究領(lǐng)域。