卡内基梅隆大学的研究人员使用FRESH 3D生物打印技术创建了第一个基于胶原蛋白的微生理系统，为1型糖尿病治疗带来了新的希望。

胶原蛋白在保持皮肤健康方面的作用被广泛认可，但它的重要性远不止于此。胶原蛋白是人体中最丰富的蛋白质，为几乎所有组织和器官提供必要的结构和支持。

现在，卡内基梅隆大学Feinberg实验室的研究人员利用他们新颖的悬浮水凝胶自由可逆嵌入（FRESH）3D生物打印技术取得了重大突破。这种方法能够精确打印柔软的活细胞和组织。利用这项技术，该团队成功创建了第一个完全由胶原蛋白构建的微生理系统，也称为组织模型。这一进展为研究疾病和工程组织疗法开辟了新的可能性，包括治疗1型糖尿病等疾病的潜在方法。

传统上，人体组织的小规模模型，称为微流体、芯片上器官设备或微生理系统，是使用硅橡胶或塑料等合成材料制造的。由于早期制造技术的局限性，这些材料是必要的。然而，由于它们不是生物天然的，它们无法完全复制自然组织环境，限制了它们在生物医学研究和治疗开发中的有效性。

卡内基梅隆大学生物医学工程和材料科学与工程教授Adam Feinberg解释说：“现在，我们可以在培养皿中完全用胶原蛋白、细胞和其他蛋白质构建微流体系统，具有前所未有的结构分辨率和保真度。”“最重要的是，这些模型是完全生物的，这意味着细胞功能更好。”

用FRESH生物打印技术构建复杂组织

在发表在《科学进展》杂志上的一项新研究中，该小组展示了这种FRESH生物打印技术的进步，用全生物材料构建更复杂的血管化组织，创造出一种类似胰腺的组织，这种组织未来可能用于治疗1型糖尿病。FRESH生物打印技术的这一进步建立在该团队早期发表在《科学》杂志上的研究成果的基础上，通过提高分辨率和质量来创建直径约为100微米的类似血管的流体通道。

匹兹堡大学生物工程助理教授、范伯格实验室前任博士后Daniel Shiwarski描述道：“FRESH打印技术的几项关键技术发展使这项工作成为可能。” “通过实施一步生物打印制造工艺，我们制造了多种设计的基于胶原蛋白的可灌流芯片，其分辨率和印刷保真度超过了迄今为止任何其他已知生物打印方法。 此外，当与细胞外包装蛋白、生长因子和负载细胞的生物墨水的多材料3D生物打印结合并集成到定制生物反应器平台中时，我们能够创建一种厘米级的胰腺样组织构建体，能够产生葡萄糖刺激的胰岛素释放，超过当前基于类器官的方法。”

这项技术目前正在由卡内基梅隆大学的衍生公司FluidForm Bio进行商业化，该公司的共同作者、组织治疗学主任安德鲁·哈德森博士和他的团队已经在动物模型上证明了他们可以在体内治愈1型糖尿病。FluidForm Bio计划在未来几年内开始人体临床试验。

合作的重要性和未来发展方向

Feinberg解释说：“对于每个人来说，理解以团队为基础的科学在开发这些技术中的重要性，以及从生物学到材料科学等各种专业知识为项目带来的价值，以及我们对社会的影响，这是至关重要的。”

“展望未来，问题不是，我们能不能建造它？更重要的是，我们要建造什么？我们今天所做的工作是利用这种先进的制造能力，并将其与计算建模和机器学习相结合，这样我们就有希望更好地了解我们需要打印什么。最终，我们希望组织能够更好地模拟感兴趣的疾病，或者最终具有正确的功能，所以当我们将其植入体内作为一种治疗方法时，它就会达到我们想要的效果。”

Feinberg和他的合作者致力于发布开源设计和其他技术，以便在研究社区中广泛采用。Feinberg补充说：“我们希望世界上的其他实验室能够很快采用，并将这种能力扩展到其他疾病和组织领域。”“我们认为这是构建更复杂和血管化组织系统的基础平台。”

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