刚度可调！3D 生物打印肝脏模型助力肝病研究

时间：2025-12-26来源：点击次数：3次

肝脏作为人体代谢与免疫调节的核心器官，其生理微环境的复杂性一直是疾病研究与药物研发的难点。传统 2D 培养模型无法复刻体内细胞 - 基质相互作用，常规 3D 模型也难以同时模拟健康与病变肝脏的刚度差异。如今，CELLINK 公司借助 BIONOVA X DLP 3D生物打印的专利技术，成功打造出区域刚度可调的肝脏模拟模型，为肝脏生理病理研究开辟了新路径。

一项技术，复刻三种肝脏微环境

该技术的关键在于DLP 灰度打印功能，通过精准调控不同区域的曝光时间，在单个支架上实现三种刚度梯度：10 秒曝光对应 0.5 kPa 的 “软肝”、20 秒曝光对应 5 kPa 的 “健康肝”、40 秒曝光对应 15 kPa 的 “肝硬化” 模型，完美匹配体内不同状态肝脏的力学特性。

打印所用水凝胶生物墨水同样暗藏巧思 —— 以明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）为基底，混入猪肝脏脱细胞外基质（dECM），既保证光固化成型性，又能复刻天然肝脏的生物活性。更值得称道的是，该打印技术兼顾高分辨率（10 µm）与高速成型能力，还可直接将 HepG2 肝细胞封装其中，实现 “活体打印”。

图1.3D打印具有区域不同刚度的仿肝支架的工作流程概览。（A）用于调节曝光时间以指导打印几何形状的灰度数字掩模，较浅的灰度颜色表示较长的曝光时间；（B）生物墨水溶液被装入生物打印机的多孔板中；（C）3D生物打印的具有区域不同刚度的无细胞支架的明场图像；（D）3D生物打印的负载HepG2细胞的具有区域不同刚度的支架的明场图像。

实验验证：刚度调控细胞命运的惊人发现

经过 7 天体外培养，研究团队得出一系列关键结论：

l细胞相容性优异，三种刚度支架的肝细胞存活率均超 80%，且支架刚度在培养期内保持稳定；

l分子扩散不受影响，大分子量（60-85 kDa）葡聚糖在不同刚度支架中扩散效率一致，保障营养物质传输；

l刚度直接调控细胞行为：软肝与健康肝模型中，肝细胞快速形成球体并持续增殖，增殖标志物 MKI67、AFP、ALB 表达旺盛；而肝硬化模型中，细胞增殖受抑、凋亡标志物 CASP8 高表达，同时促癌因子 IGF2 与侵袭标志物 MMP9 显著上调，暗示硬化微环境可能加速肝癌进展。

应用前景：从基础研究到药物研发的全链条赋能

这款新型肝脏模拟模型的价值不止于基础研究：在病理机制探索中，可直观观察细胞在异质刚度微环境中的迁移与互作；在药物筛选领域，能同时评估药物对健康与病变肝脏的双重影响，提升筛选准确性；未来还可整合多种细胞类型与生物因子，构建更复杂的肝纤维化、肝癌等疾病模型。

这项技术突破不仅解决了传统模型 “同质化” 的痛点，更以 “一区多态” 的创新设计，为肝脏疾病研究提供了更贴近体内真实环境的工具。随着 3D 生物打印技术的持续迭代，我们有望在体外构建出功能完整的 “微型肝脏”，为精准医疗与再生医学带来更多可能。

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