烏得勒支大學(xué)：生物3D打印制備功能性內(nèi)分泌胰腺結(jié)構(gòu)

來源：EFL生物3D打印與生物制造

糖尿病是一種全球范圍內(nèi)影響超 5 億人的復(fù)雜疾病，傳統(tǒng)胰島素治療無法治愈，胰島移植受供體短缺、免疫排斥等限制。同時，當(dāng)前糖尿病治療面臨體外和體內(nèi)模型預(yù)測能力差等問題。來自荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的 Riccardo Levato 教授團隊在《Trends in Biotechnology》上發(fā)表Bioprinting and synthetic biology approaches to engineer functional endocrine pancreatic constructs” 為題的綜述。文章總結(jié)了生物打印功能性內(nèi)分泌胰腺的研究領(lǐng)域進展，涵蓋細(xì)胞來源、生物材料、打印技術(shù)等方面，探討了當(dāng)前生物打印技術(shù)與合成生物學(xué)在該領(lǐng)域的進展，提出了通過生物打印與合成生物學(xué)的融合，有望開發(fā)出先進體外模型和可移植的功能性胰腺組織，為糖尿病治療帶來新希望的觀點。

1. 生物打印內(nèi)分泌胰腺對抗糖尿病：一項古老但仍未解決的疾病難題
糖尿病全球肆虐，傳統(tǒng)胰島素治療無法根治，胰島移植也因供體不足和免疫問題受限�，F(xiàn)有治療模型缺陷明顯，而生物打印技術(shù)有望突破困境。它能精確構(gòu)建復(fù)雜多細(xì)胞系統(tǒng)，模擬胰腺微環(huán)境，為糖尿病治療帶來曙光，開啟再生組織移植和新藥篩選的新方向。

2. 構(gòu)建內(nèi)分泌胰腺的生物打印方法
3D 生物打印在胰腺構(gòu)建領(lǐng)域潛力無限，擠出式、噴墨式、激光輔助式等方法各有優(yōu)劣。擠出式應(yīng)用廣泛卻受速度和剪切力制約，DLP 打印則被速度拖后腿。VBP 技術(shù)異軍突起，打印快速且應(yīng)力小，還能與其他技術(shù)聯(lián)用，可構(gòu)建含血管和神經(jīng)的復(fù)雜胰腺模型，推動研究邁向新高度。

圖 1 “內(nèi)分泌胰腺生物打印工具包”，展示不同生物打印方法及從多能干細(xì)胞生成胰島的過程，輔助理解各種技術(shù)特點和應(yīng)用。

3. 胰腺生物打印和生物工程的細(xì)胞基礎(chǔ)模塊
胰島細(xì)胞來源是研究關(guān)鍵。原代人胰島獲取困難且有諸多弊端，永生細(xì)胞系和豬胰島也存在不足。PSCs 雖能提供充足胰島來源，但分化的細(xì)胞成熟度欠佳。胰島周圍細(xì)胞微環(huán)境對胰島功能影響重大，生物打印多細(xì)胞結(jié)構(gòu)可模擬體內(nèi)環(huán)境，患者特異性支持細(xì)胞能降低移植排斥風(fēng)險。

圖 2 “基于多能干細(xì)胞構(gòu)建功能性胰腺內(nèi)分泌模型的主要挑戰(zhàn)”，直觀呈現(xiàn) PSCs 構(gòu)建模型面臨的問題，如細(xì)胞成熟度、血管化等挑戰(zhàn)，輔助解讀細(xì)胞相關(guān)研究難點。

4. 胰島培養(yǎng)用生物墨水 / 生物樹脂的選擇
選擇適配的生物材料對生物打印功能性內(nèi)分泌胰腺起著決定性作用。水凝膠類生物墨水各有千秋，藻酸鹽有纖維化風(fēng)險，GelMa 表現(xiàn)較好。dECM 能營造天然微環(huán)境，在多種打印技術(shù)中發(fā)揮作用。選擇生物墨水時，必須權(quán)衡免疫保護和胰島功能等多方面因素。

5. 內(nèi)分泌胰腺生物打印與合成生物學(xué)：走向融合的領(lǐng)域
組織工程和生物打印構(gòu)建的組織與體內(nèi)真實組織存在差距，合成生物學(xué)可精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞行為。二者融合能精準(zhǔn)控制細(xì)胞和類器官環(huán)境與行為，比如借助合成生物學(xué)基因電路控制細(xì)胞分化和胰島素釋放，為胰腺組織工程帶來創(chuàng)新性變革。

圖 3 “合成生物學(xué)與生物打印策略協(xié)同構(gòu)建更復(fù)雜模型”，展示二者協(xié)同作用的優(yōu)勢，如提升模型功能、模擬體內(nèi)環(huán)境，助力理解融合技術(shù)的應(yīng)用效果。

總結(jié)與展望
糖尿病治療依舊困難重重，生物打印和組織工程雖前景廣闊，但 PSCs 分化、生物材料選擇、免疫排斥等問題亟待解決。未來需優(yōu)化 PSCs 分化方案，深入研究組織工程對胰島的影響，推動生物打印與合成生物學(xué)融合，促使生物打印胰腺組織早日應(yīng)用于臨床，為糖尿病患者帶來新希望。

文章來源：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.03.041