EngMedicine | 顾忠泽教授/刘小将研究员团队:基于3D打印的器官芯片最新综述

文摘   2024-08-15 08:42   江苏  

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    导读    

器官芯片(organ-on-a-chip)通过模拟人体组织的生理、化学和物理特性,为药物筛选和生理建模提供了一种极具开创性的工具。该综述总结了用于器官芯片的3D打印材料与技术,介绍了各种器官芯片模型及其在药物筛选和生理研究中的应用,最后阐述了该领域的挑战和前景,讨论了如何从3D打印的角度加速器官芯片的发展。

背 景

介绍了用于直接和间接制造微流控芯片的3D打印材料和用于组织构建的3D生物打印材料。其中用于构建微流控芯片材料通常包括树脂、PDMS、PS等;用于构建生物组织的材料通常包括天然(明胶、壳聚糖、脱细胞细胞外基质衍生物)水凝胶墨水和合成水凝胶(GelMA、HAMA)墨水。

结 果

用于构建器官芯片的3D打印技术,包括立体光固化(VP)、材料挤出(ME)和材料喷射(MJ)等(图1)。其中VP加工精度高,可以用于制造微流控芯片;对于打印性不佳的材料,可以借助3D打印的模板进行注塑成型、牺牲成型和支撑浴辅助成型。基于VP、ME和MJ的生物打印技术分别适用于光敏生物材料、高粘度生物墨水和低粘度生物墨水。基于针头或喷嘴的生物打印需要考虑剪切力对细胞活性的影响和材料粘性等因素,而基于光聚合的生物打印技术可以采用可见光光源降低对细胞的伤害。

图1. 器官芯片的直接和间接3D打印示意图

结 论

基于3D打印构建的器官芯片在构建循环、神经(图2)、消化、呼吸、泌尿等系统的进展,着重列举了器官芯片在电生理模拟、药物毒性评估、疾病模型的构建和研究、组织器官形态学和生理微环境的重现等重要的生物医学应用。

图2. 基于3D打印技术构建的脑芯片

    总结与展望    

在未来,新材料以及新的打印策略将加快器官芯片发展。器官芯片发展应以单个系统为前提,构建有序的多器官级联系统,以更加准确地再现人体的生理和病理情况。另外,未来应在器官芯片上开发更全面的传感系统,以实现对微生理的动态和持续监测。

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Website:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2950489924000034

DOI: 

https://doi.org/10.1016/j.engmed.2024.100003

通讯作者


顾忠泽,教授,博士生导师,东南大学数字医学工程全国重点实验室主任、器官芯片研究院院长、苏州医疗器械研究院院长、江苏运动健康研究院院长。研究方向:胶体光子晶体及其在生物医学的应用;基于三维激光制造的微结构可控材料;人体器官芯片的制造、测量与应用;基于人工类脑器官的混合智能。

共同通讯


刘小将,东南大学数字医学工程全国重点实验室,生物科学与医学工程学院研究员,博士生导师。研究方向:仿生流体、力学、光学;3D打印与微观机器人;器官芯片与生物医学工程。

第一作者


吴鑫锟,东南大学生物科学与医学工程学院21级本科生。研究方向:3D打印,微流体芯片,器官芯片等。

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期刊投稿:

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创刊主编: 

滕皋军国科学院院士、东南大学附属中大医院)

执行编辑: 

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联系合作: 

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EngMedicine 创刊词 | 滕皋军院士:打造医工交叉新生态!

来源:EngMedicine 医工交叉

撰稿:吴鑫锟

排版:李登明

美编:   天

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