韓國研究人員3D列印功能性氣管晶元

近日，來自浦項科技大學（ POSTECH ）和首爾國立大學（ SNU ）的韓國研究人員團隊在晶元上 3D 列印了一個功能性氣道晶元。 「晶元上」的名字描述了模擬生化反應的模擬模型;這些模型用於研究呼吸道易患呼吸道疾病，如哮喘，慢性肺病和鼻竇炎等疾病及其治療效果。

通過創建含有從豬氣管分離的細胞外基質（ dECM ）和從人氣管分離的粘膜細胞的混合物的生物墨水，研究團隊能夠 3D 列印具有與上皮細胞連接的血管網路的裝置。該研究的主要作者 Ju Young Park 解釋說：「我們通過在一步印刷過程中使用dECM生物墨水組裝內皮細胞和成纖維細胞，再現了一種類似體內的 3D 血管網路。」

「我們生產的結構具有與生物氣道上皮細胞相同的生理功能，因此可用於模擬哮喘等疾病，」 Park 說，他們詳細說明印刷的氣道暴露於塵蟎時表現出天然的過敏反應。 「例如，血管的存在導致我們的氣道模型中過量產生促炎細胞因子。這個過程（也稱為「細胞因子風暴」）發生在哮喘氣道炎症和過敏原誘導的生理環境中的哮喘惡化過程中。

該研究中使用的六頭 3D 生物印表機相當先進。「其中兩個列印頭連接到一個氣動壓力系統，該系統分配合成聚合物以製造氣道支撐框架，」 Park 評論道。「其他四個列印頭在三軸電動平台上運行，我們使用計算機程序控制它們的運動。」

人體呼吸道非常複雜，膜層彼此相互作用。「為了模仿這種複雜的 2D / 3D 結構和氣道粘膜的細胞組成，我們在 3D 血管平台上組裝了一個 2D 氣道上皮，」 Park 解釋道。「我們通過 3D 細胞印刷重建了含有內皮細胞和成纖維細胞的 dECM 生物墨水的自然 3D 血管網路。事實上， dECM 生物墨水為細胞提供了一種體內樣的天然組織生態位，可誘導組織特異性分化和功能。

儘管涉及複雜程度，但 3D 生物列印技術比其他製造晶元上器官的方法更有效。「我們的 3D 細胞列印系統使我們能夠以高通量輕鬆製作氣道原型，並允許我們將各種類型的細胞直接放置在氣道結構的特定位置，以模擬細胞如何在自然組織中排列，」 Park 說。「該技術可用於設計多種類型的晶元，甚至可以用於除氣道以外的印刷器官模型。」

在動物和人體上測試藥物是昂貴的，耗時的並且通常是不道德的，因此產生準確模仿人體器官的晶元上器官是推進藥物的必要步驟。「我們的新模型可用於研究這些相互作用，並更好地了解它們在人類呼吸系統疾病中的作用，」 Park 說。 「因此， 3D 細胞印刷的氣道晶元可用作動物模型的有力補充，用於分析病理生理學和測試臨床前階段藥物的效率。」

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