在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，器官芯片（Organ-on-a-Chip，亦稱(chēng)微生理系統(tǒng)）正迅速崛起為關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)在微流控芯片中培養(yǎng)具備三維結(jié)構(gòu)的組織，可比傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)地研究藥物作用及多器官間的系統(tǒng)性反應(yīng)。但長(zhǎng)期以來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)面臨一個(gè)核心難題——缺乏穩(wěn)定可控的“血管系統(tǒng)”。

這一瓶頸如今迎來(lái)突破。奧地利維也納工業(yè)大學(xué)（TU Wien）3D打印與生物制造團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一項(xiàng)全新技術(shù)，首次在水凝膠材料中構(gòu)建出可灌注、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、精確可控的微血管網(wǎng)絡(luò)，并已在《Biofabrication》期刊上發(fā)表成果。

激光微加工助力人工血管生成

“如果想要研究藥物在人體組織中的運(yùn)輸、代謝和吸收過(guò)程，就必須具備高度仿真的血管網(wǎng)絡(luò)?！表?xiàng)目研究員Alice Salvadori表示。為此，團(tuán)隊(duì)采用飛秒激光（femtosecond laser）技術(shù)，利用超短脈沖直接在水凝膠中“寫(xiě)入”三維微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)血管通道的高精度快速成型。

相比傳統(tǒng)方法，該技術(shù)可在10分鐘內(nèi)構(gòu)建30條通道，速度提升至少60倍。且微通道間距僅為100微米，接近人體真實(shí)器官的毛細(xì)血管密度。

更穩(wěn)定的材料支持

為了確保微血管結(jié)構(gòu)在植入內(nèi)皮細(xì)胞后依然穩(wěn)定，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)水凝膠材料制備流程進(jìn)行了優(yōu)化。不同于常規(guī)的單步熱凝膠過(guò)程，他們創(chuàng)新性地采用“兩步加熱”方法，通過(guò)在不同溫度下分階段加熱，提高了水凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中的變形與塌陷。

內(nèi)皮細(xì)胞真實(shí)反應(yīng)驗(yàn)證仿生效果

更令人振奮的是，這些人工血管已成功被內(nèi)皮細(xì)胞定植，并表現(xiàn)出與天然血管高度一致的生理響應(yīng)?！拔覀冇^(guān)察到它們?cè)谘装Y條件下通透性增加，這與人體真實(shí)血管的反應(yīng)完全一致?！盨alvadori表示。這一成果為未來(lái)開(kāi)展更加真實(shí)的體外病理模擬與藥效測(cè)試提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

成功復(fù)制“肝小葉”結(jié)構(gòu)

在另一篇發(fā)表于《Materials Today Bio》的論文中，TU Wien團(tuán)隊(duì)聯(lián)合日本慶應(yīng)大學(xué)，構(gòu)建出具有完整血管系統(tǒng)的肝小葉模型。通過(guò)多層次的微血管網(wǎng)絡(luò)模擬肝臟中中央靜脈與竇狀血管（sinusoids）的復(fù)雜排列，成功提高了模型的氧氣與營(yíng)養(yǎng)輸送效率，從而增強(qiáng)了肝細(xì)胞的代謝活性。

慶應(yīng)大學(xué)研究者渡邊正史（Masafumi Watanabe）指出，這一模型不僅提升了肝臟芯片的仿真度，也將器官芯片技術(shù)進(jìn)一步推進(jìn)至臨床前藥物篩選的實(shí)用階段。

“這項(xiàng)技術(shù)的最大突破在于，我們可以在芯片中構(gòu)建真正‘流動(dòng)’的微型組織，讓液體像血液一樣穿流而過(guò)。”慶應(yīng)大學(xué)須藤亮教授（Prof. Ryo Sudo）補(bǔ)充說(shuō)，“這不僅幫助我們深入理解血流對(duì)細(xì)胞的影響，也為未來(lái)的藥物開(kāi)發(fā)和疾病研究提供了強(qiáng)有力的新平臺(tái)?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

Alice Salvadori et al, Controlled microvasculature for organ-on-a-chip applications produced by high-definition laser patterning,?Biofabrication?(2025).?DOI: 10.1088/1758-5090/add37e

Masafumi Watanabe et al, Advanced liver-on-chip model mimicking hepatic lobule with continuous microvascular network via high-definition laser patterning,?Materials Today Bio?(2025).?DOI: 10.1016/j.mtbio.2025.101643

編輯：王洪

排版：李麗