【综述】生物3D打印器官芯片

与动物模型和传统的2D细胞培养相比，器官芯片技术可更真实地再现活体条件下的人类生物学特征。3D生物打印技术可连续生成包含细胞外基质和细胞的复杂结构，具有快速的周转时间和极大的芯片设计灵活性。鉴于此，若将3D生物打印技术与器官芯片技术相结合（3D 打印器官芯片平台），可使多细胞器官芯片创造出更接近于人体的3D组织，这也是了解器官功能、疾病对器官功能的破坏性影响、筛选药物对器官的疗效和毒性的有效手段。在此，哈佛医学院Y. Shrike Zhang与土耳其考其大学Savas Tasoglu团队人员综述了近年来3D生物打印器官芯片的最新进展。首先，作者介绍了不同的生物打印技术（喷嘴型和光基型生物打印），以及每种技术的优缺点和关键性能。随后，详细介绍了3D生物打印常用的生物墨水和细胞类型。接着，系统性回顾了3D生物打印器官芯片的最新生物医学应用（图1），包括器官芯片在心血管系统、脑和血脑屏障、肺和呼吸系统、肝脏、肠道、肾脏系统、乳房、骨和软骨系统以及皮肤的应用进展，并突出了不同案例下3D生物打印器官芯片的设计特点、优势、以及局限性。最后，作者提出了4D生物打印与智能生物材料相结合可用于构建更复杂的仿生器官芯片模型。综述以题为“3D bioprinted organ-on-chips”发表在Aggregate上。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/agt2.197

△3D生物打印器官芯片平台

文章解读：
1. 光基型生物打印具有较高的分辨率，可用于形成复杂的3D结构，但成本高昂、材料选择有限限制了该方法的广为使用。喷嘴型生物打印虽然成本低，但中等分辨率和剪切应力（导致细胞活力较低）是该方法的不足之处。鉴于此，新型3D生物打印抑或与当前技术相结合的混合型生物打印（如3D生物打印器官芯片）是目前的发展方向。

2. 微流控芯片具有高度的集成性，可与分子报告器、纳米生物传感器和高质量成像设备相融合，对培养条件进行实时监测，从中获取分析氧、葡萄糖、pH值、乳酸、流体压力、组织屏障完整性和细胞迁移等信息。

3. 器官芯片的最终目标是开发人体芯片平台，使多器官水平上研究患者特异性疾病和药物筛选成为可能。但是，寻找一种能与多个或所有器官兼容的单一培养基（即血液的替代品）是未来值得探究的研究领域。