清華新聞網(wǎng)3月7日電 肝移植是目前治療終末期肝衰竭最有效的方法，但由于供體肝短缺，限制了其臨床應(yīng)用。近年來(lái)，生物3D打印作為一種先進(jìn)的組織工程技術(shù)，為肝臟組織模型的體外構(gòu)建提供了新的途徑。然而，目前大多數(shù)肝組織模型構(gòu)建使用的細(xì)胞功能存在欠缺，且打印構(gòu)建依賴(lài)于傳統(tǒng)的分散細(xì)胞打印方法——將消化后的細(xì)胞懸液混入打印材料作為生物墨水。打印后單個(gè)細(xì)胞分散在水凝膠中，存在細(xì)胞間相互作用不足、細(xì)胞功能無(wú)法長(zhǎng)期維持等問(wèn)題，限制了3D打印構(gòu)建的肝組織模型的功能和體內(nèi)治療效果。
近日，清華大學(xué)機(jī)械系生物制造中心團(tuán)隊(duì)龐媛副研究員、孫偉教授課題組與北京大學(xué)/昌平實(shí)驗(yàn)室鄧宏魁教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)展合作，提出了一種基于細(xì)胞團(tuán)簇打印的策略（spheroid-based bioprinting），打印具有良好生物功能的肝細(xì)胞類(lèi)器官，成功構(gòu)建了高活性、功能性的肝組織模型，并在小鼠肝衰竭模型中驗(yàn)證了其良好的治療效果。
圖1.基于細(xì)胞團(tuán)簇打印策略構(gòu)建肝組織模型用于肝衰竭移植治療示意圖
研究團(tuán)隊(duì)采用化學(xué)小分子誘導(dǎo)的人多潛能干細(xì)胞hCiPSCs作為肝細(xì)胞類(lèi)器官的細(xì)胞來(lái)源，hCiPSCs的制備采用化學(xué)小分子誘導(dǎo)的方式，有效規(guī)避了傳統(tǒng)多潛能干細(xì)胞iPSC轉(zhuǎn)基因策略潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，是制備各類(lèi)功能細(xì)胞的理想種子細(xì)胞?；趆CiPSCs制備功能良好的類(lèi)肝細(xì)胞后，使用新型可透氧微孔板（oxygen-permeable microwell device）制備并培養(yǎng)肝類(lèi)器官，優(yōu)化了類(lèi)器官培養(yǎng)時(shí)的供氧條件，顯著提高了類(lèi)器官的生物活性和肝臟特異性功能。
接著，將肝細(xì)胞類(lèi)器官作為先進(jìn)的生物單元，基于細(xì)胞團(tuán)簇打印策略構(gòu)建肝組織模型（3DP-HOs）。相比傳統(tǒng)的分散細(xì)胞生物打印方法生成的模型，3DP-HOs增強(qiáng)了細(xì)胞間相互作用，維持了打印后肝細(xì)胞的高活性及功能。打印前后肝細(xì)胞類(lèi)器官顯示出相近的基因轉(zhuǎn)錄組表達(dá)，部分肝臟特異性功能基因的表達(dá)顯示出接近于人原代肝細(xì)胞的水平。在對(duì)四氯化碳誘導(dǎo)和Fah-/-基因缺陷的兩種肝衰竭小鼠的移植治療中，3DP-HOs均顯著提高了小鼠生存率，降低了肝損傷指標(biāo)，減少肝臟炎癥水平，并在小鼠血清中檢測(cè)到人源性白蛋白，證明3DP-HOs在小鼠體內(nèi)發(fā)揮著良好的合成分泌功能。此外，3DP-HOs在Fah-/-小鼠長(zhǎng)期移植中與宿主形成了明顯可見(jiàn)的血管連接，為其體內(nèi)長(zhǎng)期功能的維持提供了支持。該研究為肝衰竭治療提供了新的思路。
圖2.基于細(xì)胞團(tuán)簇打印策略構(gòu)建的肝組織模型（3DP-HOs）顯示出良好的生物活性和肝功能表達(dá)，肝衰竭小鼠移植治療效果顯著，在長(zhǎng)期體內(nèi)移植中與宿主形成血管連接
相關(guān)研究成果以“3D打印化學(xué)重編程誘導(dǎo)人類(lèi)多潛能干細(xì)胞來(lái)源的功能性肝細(xì)胞類(lèi)器官用于肝衰竭治療”（Bioprinting functional hepatocyte organoids derived from human chemically induced pluripotent stem cells to treat liver failure）為題，于3月3日發(fā)表于《腸道》（Gut）雜志。
龐媛、鄧宏魁為論文通訊作者，北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心博士生李光亞、清華大學(xué)機(jī)械系2022級(jí)博士生何劍宇為論文共同第一作者。
該研究由清華大學(xué)、北京大學(xué)、東京大學(xué)等國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)合作完成，得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、北京市科技新星、重慶市自然科學(xué)基金、高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃基地等項(xiàng)目以及昌平實(shí)驗(yàn)室的支持。
論文鏈接：
https://gut.bmj.com/content/early/2025/03/02/gutjnl-2024-333885
供稿：機(jī)械系
編輯：李華山
封面圖設(shè)計(jì)：賀茂藤
審核：郭玲
