在生物醫(yī)學研究領域，器官芯片（Organ-on-a-Chip，亦稱微生理系統(tǒng)）正迅速崛起為關鍵技術。通過在微流控芯片中培養(yǎng)具備三維結構的組織，可比傳統(tǒng)動物實驗更精準地研究藥物作用及多器官間的系統(tǒng)性反應。但長期以來，這項技術面臨一個核心難題——缺乏穩(wěn)定可控的“血管系統(tǒng)”。

這一瓶頸如今迎來突破。奧地利維也納工業(yè)大學（TU Wien）3D打印與生物制造團隊成功研發(fā)出一項全新技術，首次在水凝膠材料中構建出可灌注、結構穩(wěn)定、精確可控的微血管網(wǎng)絡，并已在《Biofabrication》期刊上發(fā)表成果。

激光微加工助力人工血管生成

“如果想要研究藥物在人體組織中的運輸、代謝和吸收過程，就必須具備高度仿真的血管網(wǎng)絡。”項目研究員Alice Salvadori表示。為此，團隊采用飛秒激光（femtosecond laser）技術，利用超短脈沖直接在水凝膠中“寫入”三維微結構，實現(xiàn)血管通道的高精度快速成型。

相比傳統(tǒng)方法，該技術可在10分鐘內(nèi)構建30條通道，速度提升至少60倍。且微通道間距僅為100微米，接近人體真實器官的毛細血管密度。

更穩(wěn)定的材料支持

為了確保微血管結構在植入內(nèi)皮細胞后依然穩(wěn)定，研究團隊對水凝膠材料制備流程進行了優(yōu)化。不同于常規(guī)的單步熱凝膠過程，他們創(chuàng)新性地采用“兩步加熱”方法，通過在不同溫度下分階段加熱，提高了水凝膠的結構穩(wěn)定性，防止細胞生長過程中的變形與塌陷。

內(nèi)皮細胞真實反應驗證仿生效果

更令人振奮的是，這些人工血管已成功被內(nèi)皮細胞定植，并表現(xiàn)出與天然血管高度一致的生理響應?！拔覀冇^察到它們在炎癥條件下通透性增加，這與人體真實血管的反應完全一致?！盨alvadori表示。這一成果為未來開展更加真實的體外病理模擬與藥效測試提供了堅實基礎。

成功復制“肝小葉”結構

在另一篇發(fā)表于《Materials Today Bio》的論文中，TU Wien團隊聯(lián)合日本慶應大學，構建出具有完整血管系統(tǒng)的肝小葉模型。通過多層次的微血管網(wǎng)絡模擬肝臟中中央靜脈與竇狀血管（sinusoids）的復雜排列，成功提高了模型的氧氣與營養(yǎng)輸送效率，從而增強了肝細胞的代謝活性。

慶應大學研究者渡邊正史（Masafumi Watanabe）指出，這一模型不僅提升了肝臟芯片的仿真度，也將器官芯片技術進一步推進至臨床前藥物篩選的實用階段。

“這項技術的最大突破在于，我們可以在芯片中構建真正‘流動’的微型組織，讓液體像血液一樣穿流而過?！睉c應大學須藤亮教授（Prof. Ryo Sudo）補充說，“這不僅幫助我們深入理解血流對細胞的影響，也為未來的藥物開發(fā)和疾病研究提供了強有力的新平臺?！?/p>

參考文獻：

Alice Salvadori et al, Controlled microvasculature for organ-on-a-chip applications produced by high-definition laser patterning,?Biofabrication?(2025).?DOI: 10.1088/1758-5090/add37e

Masafumi Watanabe et al, Advanced liver-on-chip model mimicking hepatic lobule with continuous microvascular network via high-definition laser patterning,?Materials Today Bio?(2025).?DOI: 10.1016/j.mtbio.2025.101643

編輯：王洪

排版：李麗