乌得勒支大学：生物3D打印制备功能性内分泌胰腺结构

来源：EFL生物3D打印与生物制造

糖尿病是一种全球范围内影响超 5 亿人的复杂疾病，传统胰岛素治疗无法治愈，胰岛移植受供体短缺、免疫排斥等限制。同时，当前糖尿病治疗面临体外和体内模型预测能力差等问题。来自荷兰乌得勒支大学医学中心的 Riccardo Levato 教授团队在《Trends in Biotechnology》上发表Bioprinting and synthetic biology approaches to engineer functional endocrine pancreatic constructs” 为题的综述。文章总结了生物打印功能性内分泌胰腺的研究领域进展，涵盖细胞来源、生物材料、打印技术等方面，探讨了当前生物打印技术与合成生物学在该领域的进展，提出了通过生物打印与合成生物学的融合，有望开发出先进体外模型和可移植的功能性胰腺组织，为糖尿病治疗带来新希望的观点。

1. 生物打印内分泌胰腺对抗糖尿病：一项古老但仍未解决的疾病难题
糖尿病全球肆虐，传统胰岛素治疗无法根治，胰岛移植也因供体不足和免疫问题受限。现有治疗模型缺陷明显，而生物打印技术有望突破困境。它能精确构建复杂多细胞系统，模拟胰腺微环境，为糖尿病治疗带来曙光，开启再生组织移植和新药筛选的新方向。

2. 构建内分泌胰腺的生物打印方法
3D 生物打印在胰腺构建领域潜力无限，挤出式、喷墨式、激光辅助式等方法各有优劣。挤出式应用广泛却受速度和剪切力制约，DLP 打印则被速度拖后腿。VBP 技术异军突起，打印快速且应力小，还能与其他技术联用，可构建含血管和神经的复杂胰腺模型，推动研究迈向新高度。

图 1 “内分泌胰腺生物打印工具包”，展示不同生物打印方法及从多能干细胞生成胰岛的过程，辅助理解各种技术特点和应用。

3. 胰腺生物打印和生物工程的细胞基础模块
胰岛细胞来源是研究关键。原代人胰岛获取困难且有诸多弊端，永生细胞系和猪胰岛也存在不足。PSCs 虽能提供充足胰岛来源，但分化的细胞成熟度欠佳。胰岛周围细胞微环境对胰岛功能影响重大，生物打印多细胞结构可模拟体内环境，患者特异性支持细胞能降低移植排斥风险。

图 2 “基于多能干细胞构建功能性胰腺内分泌模型的主要挑战”，直观呈现 PSCs 构建模型面临的问题，如细胞成熟度、血管化等挑战，辅助解读细胞相关研究难点。

4. 胰岛培养用生物墨水 / 生物树脂的选择
选择适配的生物材料对生物打印功能性内分泌胰腺起着决定性作用。水凝胶类生物墨水各有千秋，藻酸盐有纤维化风险，GelMa 表现较好。dECM 能营造天然微环境，在多种打印技术中发挥作用。选择生物墨水时，必须权衡免疫保护和胰岛功能等多方面因素。

5. 内分泌胰腺生物打印与合成生物学：走向融合的领域
组织工程和生物打印构建的组织与体内真实组织存在差距，合成生物学可精准调控细胞行为。二者融合能精准控制细胞和类器官环境与行为，比如借助合成生物学基因电路控制细胞分化和胰岛素释放，为胰腺组织工程带来创新性变革。

图 3 “合成生物学与生物打印策略协同构建更复杂模型”，展示二者协同作用的优势，如提升模型功能、模拟体内环境，助力理解融合技术的应用效果。

总结与展望
糖尿病治疗依旧困难重重，生物打印和组织工程虽前景广阔，但 PSCs 分化、生物材料选择、免疫排斥等问题亟待解决。未来需优化 PSCs 分化方案，深入研究组织工程对胰岛的影响，推动生物打印与合成生物学融合，促使生物打印胰腺组织早日应用于临床，为糖尿病患者带来新希望。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.03.041