3D打印技術(shù)突破：生物工程胰島保持形狀和功能，存活率達90%

2025年7月1日，南極熊獲悉，來自維克森林大學和邁阿密大學的研究人員開發(fā)出一種利用海藻酸鹽和脫細胞胰腺組織制成的生物墨水，并通過3D打印制備出能夠產(chǎn)生胰島素的人工胰島組織。這項研究成果已在2025年歐洲器官移植大會（ESOT）上發(fā)表。

相關(guān)研究成果以題為“Scalable 3D Bioprinting of HumanIslets in a Pancreatic Decellularized Extracellular Matrix-Enriched Bioink forBeta-Cell Replacement Therapy”的論文發(fā)表在bioRxiv上，由維克森林大學醫(yī)學院的Quentin Perrier博士領導。

論文鏈接：https://doi.org/10.1101/2025.06.06.658360

研究團隊構(gòu)建了致密的胰島簇，這些簇能夠隨著時間的推移保持形狀和功能。與目前將細胞輸送到肝臟且失敗率較高的胰島移植技術(shù)不同，這種方法旨在用于皮下植入。

手術(shù)要求極低，只需局部麻醉和小切口，這使得手術(shù)更容易耐受，療效也更穩(wěn)定。值得注意的是，他們打印的構(gòu)建體在三周內(nèi)保持活力并對葡萄糖有反應，證明了利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)功能性胰島，用于未來1型糖尿病的植入治療是可行的。

Perrier 博士告訴MedicalXpress：“我們的目標是重建胰腺的自然環(huán)境，以便移植的細胞能夠存活并更好地發(fā)揮功能。”

△使用濃度為 10,000 IEQ/mL 的 HI 生物墨水打印的模型。圖片來自維克森林大學。

邁向皮膚植入式糖尿病治療

為了確保胰島細胞在打印過程中能夠存活，研究人員通過調(diào)整機械設置來降低施加在細胞上的壓力。打印壓力為 30 kPa，速度為 20 mm/min，這有助于保護這些脆弱細胞簇的結(jié)構(gòu)完整性。

打印后測試表明，超過90%的細胞仍然保持活力，并且胰島持續(xù)對葡萄糖作出反應，釋放胰島素。產(chǎn)生的胰島素量超過了傳統(tǒng)的胰島制劑，表明功能保留水平較高。

打印的胰島具有內(nèi)部孔隙設計，使營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣能夠在整個結(jié)構(gòu)內(nèi)高效流動。這一特性有助于維持細胞活力，并支持植入后長期功能所需的組織整合。改善的流動條件也促進了早期血管的形成，這對于植入細胞簇的存活至關(guān)重要。

在為期21天的觀察期內(nèi)，這些結(jié)構(gòu)保持了形狀和功能。它們沒有聚集或坍塌，這些問題曾困擾著早期生產(chǎn)類似結(jié)構(gòu)的努力。研究團隊認為，使用真正的人類胰島細胞而非動物來源的細胞，標志著在開發(fā)能夠更直接應用于臨床治療的療法方面邁出了一步。

正在進行的實驗包括在動物模型上測試打印的胰島，以了解它們植入后的表現(xiàn)。研究人員還在評估包括冷凍保存在內(nèi)的儲存技術(shù)，以確定如何保存和運輸打印的組織。此外，他們正在努力使這一過程適應胰島素分泌細胞的替代來源，包括來自干細胞和豬捐贈者的細胞。

盡管該方法仍處于早期研發(fā)階段，但它為日常胰島素治療提供了一種可能的替代方案。需要進一步研究來評估打印的胰島在生物系統(tǒng)中的表現(xiàn)。論文的主要作者說道：“如果臨床試驗證實了有效性，它將改變?nèi)�球�?shù)百萬人的治療方案和生活質(zhì)量�！�

改善糖尿病護理

3D 打印正在迅速成為重塑我們治療和監(jiān)測糖尿病方式的有力工具，使護理更加個性化和持久。

早在2022年，加拿大3D生物打印公司Aspect Biosystems就與JDRF合作，開發(fā)了一種旨在治療1型糖尿病的3D生物打印組織療法。目標是制造一種基于細胞的植入物，以恢復胰島素的產(chǎn)生，從而有可能消除每日注射的需要。

△RX1生物打印機的微流體打印頭。圖片來自Aspect Biosystems。

在JDRF提供的資金和數(shù)十年的研究專業(yè)知識的支持下，此次合作有望加速人體試驗的進展。雖然方法的具體細節(jié)仍未公開，但它的核心是通過工程組織修復胰腺功能，為1型糖尿病更持久、侵入性更低的治療提供了一條充滿希望的途徑。

在印度，BITS 海得拉巴分校的研究人員開發(fā)了一種低成本、非侵入式的設備，通過分析汗液中的葡萄糖和乳酸水平來監(jiān)測糖尿病。研究團隊利用 3D 打印技術(shù)、二氧化碳激光技術(shù)和自行提取的石墨烯電極，研制出了一種便攜式傳感器，采用電化學發(fā)光原理，在汗液引發(fā)的化學反應下發(fā)光。

這種光的強度被用來測量乳酸濃度，機器學習提高了讀數(shù)的精度。這種設備設計為通過應用程序與智能手機連接，目前正在進行可穿戴式改造，預計在報告發(fā)布時，將在6至9個月內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化推廣。