心血管疾病是全球頭號致死病因，然而，由于缺乏能夠真實(shí)再現(xiàn)人體動脈復(fù)雜環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室模型，預(yù)防和治療心血管疾病的研究一直受阻。在患者身上，血管疾病是由結(jié)構(gòu)重塑、血流紊亂和炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種因素共同作用而產(chǎn)生的，但現(xiàn)有的模型卻過于簡化了這一現(xiàn)實(shí)。二維（2D）平面培養(yǎng)無法體現(xiàn)細(xì)胞間相互作用，而大多數(shù)三維（3D）系統(tǒng)又缺乏天然血管所具有的分層結(jié)構(gòu)和血流動力學(xué)調(diào)控機(jī)制。因此，許多基本機(jī)制仍未得到解決，藥物試驗(yàn)也常常無法取得預(yù)期效果。
2025 年 11 月 11 日，浙江大學(xué)楊華勇院士團(tuán)隊(duì)周竑釗、西湖大學(xué)沈璐琦、杭州師范大學(xué)李琦作為共同通訊作者，在 Cell 子刊 Cell Biomaterials 上發(fā)表了題為：Multiscale bioprinted arterial models recapitulate synergistic microenvironmental interactions in vascular disease 的研究論文。
該研究開發(fā)了按需擠出（extrusion-on-demand，EoD）生物打印技術(shù)，構(gòu)建出具有微米級結(jié)構(gòu)保真度（內(nèi)膜、中膜和外膜）與可定制宏觀幾何形狀的動脈模型，再現(xiàn)了血管疾病中的協(xié)同微環(huán)境相互作用，可用于解析心血管疾病機(jī)制、評估微環(huán)境特異性療法，從而推動心血管疾病的個(gè)性化治療革新。
動脈微環(huán)境紊亂（包括血流動力學(xué)異常、風(fēng)險(xiǎn)因素及細(xì)胞間相互作用的破壞）會引發(fā)心血管與代謝疾病，但現(xiàn)有模型在結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性方面存在不足，難以研究這些病理擾動。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了按需擠出（extrusion-on-demand，EoD）生物打印技術(shù)，構(gòu)建出具有微米級結(jié)構(gòu)保真度（內(nèi)膜、中膜和外膜）與可定制宏觀幾何形狀的動脈模型。
通過各分層特異性的基因/蛋白表達(dá)，這些動脈模型展現(xiàn)出更優(yōu)的內(nèi)皮功能與屏障完整性，精準(zhǔn)模擬了天然動脈生理特性。在致動脈粥樣硬化因子作用下，該平臺重現(xiàn)了動脈粥樣硬化關(guān)鍵事件（內(nèi)皮激活、單核細(xì)胞浸潤和泡沫細(xì)胞形成），同時(shí)振蕩流激活了驅(qū)動炎癥反應(yīng)的機(jī)械敏感通路。結(jié)構(gòu)缺陷會加劇炎癥反應(yīng)，而 NF-κB 可在生化和血流動力學(xué)應(yīng)激條件下恢復(fù)內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)。
通過整合多尺度結(jié)構(gòu)保真度與動態(tài)微環(huán)境調(diào)控，EoD 技術(shù)彌合了簡化體外系統(tǒng)與體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境間的鴻溝。該方法建立了一個(gè)仿生平臺，可用于解析疾病機(jī)制、評估微環(huán)境特異性療法，并推動心血管疾病的個(gè)性化治療革新。
該研究的核心突破：
通過按需擠出生物打印技術(shù)構(gòu)建的多層動脈模型；
整合細(xì)胞層級、血管幾何結(jié)構(gòu)和血液動力學(xué)控制；
重現(xiàn)內(nèi)皮功能障礙、免疫細(xì)胞浸潤以及動脈粥樣硬化進(jìn)展；
實(shí)現(xiàn)具有生理相關(guān)性的藥物測試和治療發(fā)現(xiàn)。
總的來說，該研究提出了一種按需擠出（EoD）生物打印策略，能夠制造出具有類似天然結(jié)構(gòu)、多細(xì)胞組織以及可調(diào)幾何形狀（從健康狀態(tài)到疾病狀態(tài)）的動脈模型。這些打印的動脈在生理相關(guān)的流動和炎癥條件下重現(xiàn)了血管疾病的標(biāo)志性過程，包括內(nèi)皮功能障礙、免疫細(xì)胞浸潤和泡沫細(xì)胞形成。重要的是，它們對藥物的響應(yīng)方式與體內(nèi)結(jié)果相似，從而確立了其在臨床前測試中的價(jià)值。通過將高分辨率的結(jié)構(gòu)保真度與動態(tài)微環(huán)境控制相結(jié)合，該平臺不僅僅是一個(gè)血管模型，更提供了一個(gè)按需工程化復(fù)雜疾病環(huán)境的藍(lán)圖。這項(xiàng)工作為解碼血管疾病如何進(jìn)展、識別治療靶點(diǎn)以及加速精準(zhǔn)醫(yī)療開辟了新機(jī)會。更廣泛地說，它展示了先進(jìn)生物制造如何將生物材料轉(zhuǎn)化為連接工程和醫(yī)學(xué)的活系統(tǒng)。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00248-X
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