杭州师范大学×浙江大学×西湖大学合作Cell子刊：生物打印“会生病”的人工动脉

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

心血管疾病是全球头号致死病因，然而，由于缺乏能够真实再现人体动脉复杂环境的实验室模型，预防和治疗心血管疾病的研究一直受阻。在患者身上，血管疾病是由结构重塑、血流紊乱和炎症信号转导等多种因素共同作用而产生的，但现有的模型却过于简化了这一现实。二维（2D）平面培养无法体现细胞间相互作用，而大多数三维（3D）系统又缺乏天然血管所具有的分层结构和血流动力学调控机制。因此，许多基本机制仍未得到解决，药物试验也常常无法取得预期效果。

2025 年 11 月 11 日，浙江大学杨华勇院士团队周竑钊、西湖大学沈璐琦、杭州师范大学李琦作为共同通讯作者，在 Cell 子刊Cell Biomaterials上发表了题为：Multiscale bioprinted arterial models recapitulate synergistic microenvironmental interactions in vascular disease 的研究论文。

该研究开发了按需挤出（extrusion-on-demand，EoD）生物打印技术，构建出具有微米级结构保真度（内膜、中膜和外膜）与可定制宏观几何形状的动脉模型，再现了血管疾病中的协同微环境相互作用，可用于解析心血管疾病机制、评估微环境特异性疗法，从而推动心血管疾病的个性化治疗革新。

动脉微环境紊乱（包括血流动力学异常、风险因素及细胞间相互作用的破坏）会引发心血管与代谢疾病，但现有模型在结构和功能复杂性方面存在不足，难以研究这些病理扰动。

在这项最新研究中，研究团队开发了按需挤出（extrusion-on-demand，EoD）生物打印技术，构建出具有微米级结构保真度（内膜、中膜和外膜）与可定制宏观几何形状的动脉模型。

通过各分层特异性的基因/蛋白表达，这些动脉模型展现出更优的内皮功能与屏障完整性，精准模拟了天然动脉生理特性。在致动脉粥样硬化因子作用下，该平台重现了动脉粥样硬化关键事件（内皮激活、单核细胞浸润和泡沫细胞形成），同时振荡流激活了驱动炎症反应的机械敏感通路。结构缺陷会加剧炎症反应，而 NF-κB 可在生化和血流动力学应激条件下恢复内皮稳态。

通过整合多尺度结构保真度与动态微环境调控，EoD 技术弥合了简化体外系统与体内复杂环境间的鸿沟。该方法建立了一个仿生平台，可用于解析疾病机制、评估微环境特异性疗法，并推动心血管疾病的个性化治疗革新。

该研究的核心突破：

• 通过按需挤出生物打印技术构建的多层动脉模型；

• 整合细胞层级、血管几何结构和血液动力学控制；

• 重现内皮功能障碍、免疫细胞浸润以及动脉粥样硬化进展；

• 实现具有生理相关性的药物测试和治疗发现。

总的来说，该研究提出了一种按需挤出（EoD）生物打印策略，能够制造出具有类似天然结构、多细胞组织以及可调几何形状（从健康状态到疾病状态）的动脉模型。这些打印的动脉在生理相关的流动和炎症条件下重现了血管疾病的标志性过程，包括内皮功能障碍、免疫细胞浸润和泡沫细胞形成。重要的是，它们对药物的响应方式与体内结果相似，从而确立了其在临床前测试中的价值。通过将高分辨率的结构保真度与动态微环境控制相结合，该平台不仅仅是一个血管模型，更提供了一个按需工程化复杂疾病环境的蓝图。这项工作为解码血管疾病如何进展、识别治疗靶点以及加速精准医疗开辟了新机会。更广泛地说，它展示了先进生物制造如何将生物材料转化为连接工程和医学的活系统。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00248-X