Journal of Zhejiang University

Current Issue: <BDM>

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, quarterly

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Bio-Design and Manufacturing (BDM) reports new research, new technology and new applications in the field of biomanufacturing, especially 3D bioprinting. As an interdisciplinary field, topics of this journal cover tissue engineering, regenerative medicine, mechanical devices from the perspectives of materials, biology, medicine and mechanical engineering, with a focus on manufacturing science and technology to fulfil the requirement of bio-design.

Bio-Design and Manufacturing

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, quarterly

2021 Vol.4 No.4 P.689-913

Cover:

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<<< CONTENTS >>>

Reviews

Organoids: a novel modality in disease modeling

Zahra Heydari, Farideh Moeinvaziri, Tarun Agarwal, Paria Pooyan, Anastasia Shpichka, Tapas K. Maiti, Peter Timashev, Hossein Baharvand, Massoud Vosough

DOI: 10.1007/s42242-021-00150-7 Downloaded: 1901 Clicked: 2123 Cited: 0 Commented: 0(p.689-716) <Full Text>

Chinese summary <7> 莫斯科國立謝東諾夫第一(yī)醫科大(dà)學Timashev等 | 類器官：疾病建模中(zhōng)的一(yī)種新模式

本綜述論文聚焦類器官在構建多種器官中(zhōng)的疾病模型上的應用。單層培養條件的局限性促使科學家探索可以更準确表征人體(tǐ)器官的結構和功能的新模型。最近，制造方法上的改進使得構建三維（3D）類似器官結構，稱爲“類器官”，成爲可能；類器官可以體(tǐ)現其對應真實器官的特征，包括形态特征、功能活動和對特定病原體(tǐ)的個性化反應。本文讨論了不同的基于類器官的3D模型，并根據他們的原始生(shēng)發層進行分(fēn)類。模拟真實組織複雜(zá)性的類器官研究可以爲産生(shēng)實踐知(zhī)識以及臨床前研究提供新的平台和機會，包括藥物(wù)篩選、毒理學和疾病的分(fēn)子病理生(shēng)理學。本文還概述了當前類器官系統遇到的主要挑戰，優勢和前景。

Recent advances in the development of in vitro liver models for hepatotoxicity testing

Siming Lu, Jingwei Zhang, Sha Lin, Danfeng Zheng, Yan Shen, Jiale Qin, Yangyang Li, Shuqi Wang

DOI: 10.1007/s42242-021-00142-7 Downloaded: 1750 Clicked: 2159 Cited: 0 Commented: 0(p.717-734) <Full Text>

Chinese summary <7> 浙大(dà)一(yī)院陸思銘等 | 體(tǐ)外(wài)肝毒性模型的研究進展

本綜述論文聚焦體(tǐ)外(wài)肝毒性模型的研究進展。肝損傷是藥物(wù)開(kāi)發、臨床前研究和臨床治療中(zhōng)藥物(wù)被召回的常見原因。肝損傷患者如果沒有得到适當治療，會因此急性肝功能衰竭甚至死亡。因此，利用方便的體(tǐ)外(wài)肝毒性評估模型進行早期藥物(wù)誘導的肝毒性檢測，對于藥物(wù)開(kāi)發和個性化藥物(wù)治療至關重要。生(shēng)物(wù)材料（例如水凝膠、納米纖維和脫細胞肝髒基質）和生(shēng)物(wù)工(gōng)程技術（例如微陣列、3D打印和微流體(tǐ)技術）已應用于體(tǐ)外(wài)肝毒性評估模型研發。本綜述總結了肝髒的結構和功能，以及體(tǐ)外(wài)肝毒性評估模型的分(fēn)類。另外(wài)，本文突出介紹了肝毒性模型的最新進展及其臨床轉化。

Recent advances in design and applications of biomimetic self‑assembled peptide hydrogels for hard tissue regeneration

Haniyeh Najaf, Mahboobeh Jafari, Ghazal Farahavar, Samira Sadat Abolmaali, Negar Azarpira, Sedigheh Borandeh, Raheleh Ravanfar

DOI: 10.1007/s42242-021-00149-0 Downloaded: 4885 Clicked: 2251 Cited: 0 Commented: 0(p.735-756) <Full Text>

Chinese summary <7> 加州理工(gōng)學院Raheleh Ravanfar等 | 仿生(shēng)自組裝肽水凝膠在硬組織再生(shēng)中(zhōng)的設計與應用進展

本綜述論文聚焦自組裝肽水凝膠在硬組織修複中(zhōng)的發展與應用研究。開(kāi)發應用于硬組織修複和再生(shēng)的天然生(shēng)物(wù)材料非常重要，尤其是在老年人口較多的社會中(zhōng)更加凸顯其重要性。自組裝肽水凝膠是新一(yī)代生(shēng)物(wù)材料，具有出色的生(shēng)物(wù)相容性、可調機械穩定性、注射性和可控觸發的能力，且較少觸發排異反應，并可以承載細胞和活性藥物(wù)用于組織再生(shēng)。基于肽的水凝膠是羟基磷灰石晶體(tǐ)沉積的理想模闆，可以模拟細胞外(wài)基質環境。因此，與傳統方法相比，基于肽的水凝膠更能增強硬組織修複和再生(shēng)。本文綜述了三種主要的自組裝肽水凝膠，包括離(lí)子自互補肽、兩親性（表面活性劑樣）肽和三螺旋（膠原樣）肽，它們具有在骨骼和牙齒組織再生(shēng)方面的潛在應用。特别關注了主要的生(shēng)物(wù)活性肽，自組裝肽水凝膠的作用和重要性，并簡要概述了用于骨骼和牙齒組織工(gōng)程和再生(shēng)的自組裝肽水凝膠的分(fēn)子模拟。

Application of lung microphysiological systems to COVID‑19 modeling and drug discovery: a review

Argus M. Sun, Tyler Hofman, Bao Q. Luu, Nureddin Ashammakhi, Song Li

DOI: 10.1007/s42242-021-00136-5 Downloaded: 2088 Clicked: 2564 Cited: 0 Commented: 0(p.757-775) <Full Text>

Chinese summary <7> UCLA Argus M. Sun等 | 肺微生(shēng)理系統在COVID-19建模和藥物(wù)發現中(zhōng)的應用

本綜述論文聚焦肺微生(shēng)理系統在新型冠狀病毒病理模型建立與藥物(wù)研發中(zhōng)的應用。我(wǒ)們迫切需要有效的治療方法來應對新型冠狀病毒病（COVID-19），這是由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒（SARS-CoV-2）引起的呼吸道疾病。藥物(wù)開(kāi)發是一(yī)個昂貴且細緻的過程，其進展往往受限于尋找最初的相關線索。爲了幫助解決這一(yī)問題，我(wǒ)們需要對體(tǐ)外(wài)人體(tǐ)微生(shēng)理系統進行改進和調整，以進行機理研究和藥物(wù)篩選，從而在疫情期間節省寶貴的時間和資(zī)源。SARS-CoV-2病毒攻擊肺部，這一(yī)以其功能單元的獨特三維結構對正常呼吸功能至關重要的器官。體(tǐ)外(wài)肺模型基本上概括了不同的組織結構以及不同細胞類型之間的動力學、機械和生(shēng)物(wù)相互作用。目前的模型系統包括Transwell遷移侵襲實驗，類器官和器官芯片或微生(shēng)理系統（MPS）。本文綜述了與COVID-19病理學建模直接相關的模型，包括炎症、水腫、凝血以及肺免疫功能的過程。我(wǒ)們還考慮了可能影響微生(shēng)理系統設計和制造的實際問題。闡述了多器官模型背景下(xià)肺微生(shēng)理系統的作用，并讨論了如何将高通量篩查和人工(gōng)智能與肺微生(shēng)理系統相結合，以加速COVID-19和其他傳染病的藥物(wù)開(kāi)發。

Research articles

Utility of TPP‑manufactured biophysical restrictions to probe multiscale cellular dynamics

Panyu Fei, Haibo Ding, Yu Duan, Xinyi Wang, Wei Hu, Peng Wu, Mengxiao Wei, Zhengchun Peng

DOI: 10.1007/s42242-021-00163-2 Downloaded: 1799 Clicked: 2186 Cited: 0 Commented: 0(p.776-789) <Full Text>

Chinese summary <7> 浙江大(dà)學陳偉等 | 雙光子打印的3D微栅格網絡研究多尺度的細胞動态生(shēng)命活動

本研究論文聚焦利用雙光子打印技術（TPP）打印微栅格3D結構（微栅格網絡）研究多尺度的細胞動态生(shēng)命活動。微栅格網絡大(dà)小(xiǎo)約1000 μm×1000 μm，網絡由尺寸爲15 μm×15 μm×1 μm（長×寬×高）的栅格單元組成。與現有研究中(zhōng)通過激光雕刻并填充金屬的方法（EBL）相比，由TPP直接3D打印的微栅格網絡具有時間快、成本低、工(gōng)藝簡單和功能多樣化四大(dà)優勢。本研究應用微栅格網絡研究了細胞膜的動态流動、膜蛋白(bái)的限制性運動、細胞核的力學形變和細胞的跨障礙遷移等多尺度的細胞動态生(shēng)命活動。本研究應用TPP打印的微栅格3D結構在生(shēng)物(wù)物(wù)理學、材料學和生(shēng)物(wù)力學領域具有廣闊的應用空間。

Biofabrication of size‑controlled liver microtissues incorporated with ECM‑derived microparticles to prolong hepatocyte function

Zahra Heydari, Ibrahim Zarkesh, Mohammad‑Hossein Ghanian, Mahdokht H. Aghdaei, Svetlana Kotova, Ensieh Zahmatkesh, Zahra Farzaneh, Abbas Piryaei, Iman Akbarzadeh, Anastasia Shpichka, Roberto Gramignoli, Peter Timashev, Hossein Baharvand, Massoud Vosough

DOI: 10.1007/s42242-021-00137-4 Downloaded: 1943 Clicked: 2167 Cited: 0 Commented: 0(p.790-805) <Full Text>

Chinese summary <7> 伊朗Massoud Vosough等 | 生(shēng)物(wù)制造尺寸可控的肝髒微組織與細胞外(wài)基質衍生(shēng)的微粒相結合用以延長肝細胞功能

本研究論文聚焦人工(gōng)制造的肝微組織在體(tǐ)外(wài)的性能提升研究。與其他支持細胞類型共培養的原代人肝細胞（PHHs）的多細胞微組織是藥物(wù)篩選和毒理學研究的候選模型。然而，這些肝髒微組織（LMs）在離(lí)體(tǐ)培養期間會迅速失去(qù)其功能。在本研究中(zhōng)，爲了模拟細胞和結構肝髒微環境，我(wǒ)們制造了以肝髒細胞外(wài)基質（LMP）爲原料的細胞大(dà)小(xiǎo)的微粒（MPs），與人間充質基質細胞（MSCs）和人臍靜脈内皮細胞（HUVECs）共培養原代肝細胞。微孔培養平台能夠以高效的LEMP整合（細胞：微粒=2：1下(xià)約爲70%）對尺寸控制的多細胞微組織（PHH：HUVEC：MSC=3：2：1）進行生(shēng)物(wù)制造。将制造的肝微組織離(lí)體(tǐ)培養14天，并在基因和蛋白(bái)質表達、功能活性、細胞色素P450（CYP450）酶誘導性和藥物(wù)敏感性方面與純細胞肝微組織進行比較。與純細胞肝微組織相比，結果顯示肝相關基因表達、功能活性和PHH在制造的肝組織中(zhōng)具有優越性。制造組的CYP450酶誘導性和對毒性藥物(wù)的劑量反應敏感性顯著較高。總之，通過在多細胞微組織中(zhōng)摻入組織特異性微粒的微組織工(gōng)程可以爲藥物(wù)發現研究和細胞移植應用提供一(yī)些優勢。在不久的将來，這種方法可以生(shēng)成一(yī)個可擴展的平台，包含不同器官的幾種功能性生(shēng)物(wù)制造微組織。

Evaluation of a resorufin‑based fuorescent probe for tyrosinase detection in skin pigmentation disorders

Yibo Hu, Hongliang Zeng, Jiaxing Jiang, Sheng Yang, Jinhua Huang, Jing Chen, Qinghai Zeng

DOI: 10.1007/s42242-021-00138-3 Downloaded: 1744 Clicked: 2189 Cited: 0 Commented: 0(p.806-817) <Full Text>

Chinese summary <7> 中(zhōng)南(nán)大(dà)學湘雅三醫院曾慶海、陳靜等 | 一(yī)種基于試鹵靈的酪氨酸酶熒光探針在色素代謝異常性皮膚病模型中(zhōng)的診斷應用評估

本研究論文聚焦小(xiǎo)分(fēn)子熒光探針在色素代謝異常性皮膚病診斷中(zhōng)的價值評估。白(bái)癜風、黃褐斑等色素代謝異常性皮膚病的早期診斷十分(fēn)重要，而酪氨酸酶水平和活性異常可能是早期診斷的可靠指标。一(yī)些基于試鹵靈的小(xiǎo)分(fēn)子熒光探針（RBFPs）已應用于腫瘤組織酪氨酸酶檢測，但尚未運用于色素代謝異常性皮膚病的診斷。本研究使用多種類型的皮膚細胞、斑馬魚、豚鼠和SD鼠作爲研究模型，并使用小(xiǎo)幹擾RNA、曲酸和苯基硫脲（PTU）抑制酪氨酸酶的表達或活性，對一(yī)種RBFPs進行綜合評估。研究結果發現該RBFPs在細胞和動物(wù)模型中(zhōng)均可準确反映酪氨酸酶的表達和活性變化，且具有良好的安全性。因此研究認爲RBFPs在色素代謝異常性皮膚病診斷中(zhōng)有一(yī)定的價值，但也易受到毛發等因素的幹擾，在實際應用中(zhōng)存在局限性，後續研究可針對性改良。

3D printing of patient‑specifc implants for osteochondral defects: workfow for an MRI‑guided zonal design

David Kilian, Philipp Sembdner, Henriette Bretschneider, Tilman Ahlfeld, Lydia Mika, Jörg Lützner, Stefan Holtzhausen, Anja Lode, Ralph Stelzer, Michael Gelinsky

DOI: 10.1007/s42242-021-00153-4 Downloaded: 2045 Clicked: 2361 Cited: 0 Commented: 0(p.818-832) <Full Text>

Chinese summary <7> 德累斯頓工(gōng)業大(dà)學Michael Gelinsky等 | 3D打印針對骨軟骨缺損的患者特定植入物(wù)：磁共振成像引導的區域設計流程

本研究論文聚焦以醫療影像手段爲基礎的骨植入物(wù)3D打印研究。磁共振成像（MRI）是一(yī)種常見的臨床診斷手段，用于可視化缺陷并區分(fēn)人體(tǐ)中(zhōng)的不同組織類型和病理。到目前爲止，MRI數據尚未用于在界面缺損的情況下(xià)建模和生(shēng)成多層組織替代物(wù)的患者特異性設計。對于需要高度個性化手術治療的骨科病例，通過增材制造技術制造植入物(wù)進行治療具有巨大(dà)潛力。基于擠出打印技術，可以在空間上對多種材料進行排布，從而進行生(shēng)物(wù)3D打印。以剝脫性骨軟骨炎（OCD）患者的典型多帶骨軟骨缺損爲例，本研究旨在縮小(xiǎo)MRI分(fēn)析與基于不同生(shēng)物(wù)墨水的植入物(wù)增材制造工(gōng)藝之間的技術差距。本研究提出了一(yī)個工(gōng)作流程，涵蓋了基于MRI的缺陷識别、分(fēn)割、建模、種植體(tǐ)設計調整和種植體(tǐ)生(shēng)成的處理步驟。基于兩種具有臨床相關特性的生(shēng)物(wù)墨水制造了模型植入物(wù)，并載入患者自體(tǐ)細胞。本研究采用立體(tǐ)光刻（SLA）技術打印了變股骨髁模型，證明了本文提出的設計和制造的模型植入物(wù)的幾何兼容性，從而成功建立了一(yī)種新的多功能CAD / CAM工(gōng)作流程，爲治療多區域（骨軟骨）缺損開(kāi)辟了新的視角。

Customized 3D‑printed occluders enabling the reproduction of consistent and stable heart failure in swine models

Han B. Kim, Seungman Jung, Hyukjin Park, Doo S. Sim, Munki Kim, Sanskrita Das, Youngkeun Ahn, Myung H. Jeong, Jinah Jang, Young J. Hong

DOI: 10.1007/s42242-021-00145-4 Downloaded: 1899 Clicked: 2217 Cited: 0 Commented: 0(p.833-841) <Full Text>

Chinese summary <7> 韓國全南(nán)大(dà)學醫學院Young J. Hong等 | 定制3D打印封堵器在豬模型中(zhōng)再現一(yī)緻且穩定的心力衰竭

本研究論文聚焦使用3D打印技術幫助構建穩定的動物(wù)疾病模型相關研究。在臨床前動物(wù)研究中(zhōng)研究治療效果時，臨床結果的可重複性很重要。由于其生(shēng)理相關性，豬心肌梗死（MI）模型已被廣泛用于評估幹細胞或組織工(gōng)程構建體(tǐ)對缺血性心髒病的有效性。現有幾種方法用于在豬模型中(zhōng)誘導心肌梗死，然而由于個體(tǐ)差異問題，使用這些方法很難從一(yī)組動物(wù)中(zhōng)獲得相似水平的功能結果，從而導緻實驗成本增加。因此，爲了最大(dà)限度地減少人爲幹預，本文作者開(kāi)發了一(yī)種使用定制封堵器的方法，該封堵器與豬模型中(zhōng)動物(wù)冠狀動脈的尺寸相似。本文作者進行了血管造影術，以測量每個動物(wù)的左前降支中(zhōng)段動脈的直徑，并使用3D打印系統制造定制的封堵器。制造的封堵器包含一(yī)個比目标左中(zhōng)前下(xià)動脈小(xiǎo)的中(zhōng)央孔，以模拟動脈粥樣硬化冠狀動脈，其阻塞狀況約爲20%。有趣的是，3D打印的封堵器可以通過中(zhōng)心孔提供連續的血流，術後有長達28天的高存活率（88%）。與傳統的代表性閉胸方法（50%存活率）相比，該方法顯示出産生(shēng)一(yī)緻的心肌梗死誘導的可能性。這些結果強調了本文提出的方法可以加速可靠的實驗，并對開(kāi)發缺血性心髒病的新治療方法産生(shēng)深遠影響。

Porous hydrogel arrays for hepatoma cell spheroid formation and drug resistance investigation

Xin Lei, Changmin Shao, Xin Shou, Keqing Shi, Liang Shi, Yuanjin Zhao

DOI: 10.1007/s42242-021-00141-8 Downloaded: 1888 Clicked: 2362 Cited: 0 Commented: 0(p.842-850) <Full Text>

Chinese summary <7> 南(nán)京大(dà)學鼓樓醫院趙遠錦等 | 多孔水凝膠陣列用于肝癌細胞球體(tǐ)形成及耐藥性研究

本研究論文聚焦多孔水凝膠陣列用于肝癌細胞球體(tǐ)形成及耐藥性研究。耐藥是影響腫瘤化療療效最大(dà)的障礙。盡管腫瘤治療取得了很大(dà)進展，但這一(yī)問題仍然普遍存在。爲了提高對化療藥物(wù)治療的反應性，已開(kāi)發了多種用于耐藥性研究的體(tǐ)外(wài)模型和平台。近年來3D細胞球體(tǐ)的培養方法取得突飛猛進的發展，尤其以水凝膠爲代表的仿生(shēng)材料因其具有優良的仿生(shēng)微環境，被廣泛用于細胞球體(tǐ)的培養。受蜂群生(shēng)活和繁殖的蜂巢結構的啓發，本文作者借助PEGDA水凝膠構建多孔水凝膠陣列用于培養肝癌細胞球體(tǐ)。研究結果發現在多孔水凝膠陣列中(zhōng)形成了大(dà)量緻密、清晰的3D肝癌細胞球體(tǐ)，所建立的細胞球體(tǐ)大(dà)小(xiǎo)均一(yī)且形态完整，接近體(tǐ)内實體(tǐ)瘤的形态。同時，與傳統2D培養的細胞相比，肝癌親本和耐藥細胞産生(shēng)的3D細胞球體(tǐ)對侖伐替尼的耐藥性和遷移能力顯著增加。此外(wài)，與2D模型相比，3D模型中(zhōng)P-gp蛋白(bái)表達水平顯著升高，E-cadherin蛋白(bái)表達水平明顯降低；更有趣的是，在侖伐替尼治療48小(xiǎo)時後，3D模型中(zhōng)P-gp蛋白(bái)表達水平下(xià)降，E-cadherin蛋白(bái)表達增加。而在2D模型中(zhōng)，隻有P-gp的表達下(xià)降，這證實了3D模型在耐藥性研究中(zhōng)的優越性。我(wǒ)們相信，本研究設計制備的多孔水凝膠陣列将有助于開(kāi)發各種類型的三維組織模型，并爲研究體(tǐ)外(wài)藥物(wù)試驗提供一(yī)個有價值的平台，在腫瘤細胞球體(tǐ)培養和體(tǐ)外(wài)耐藥研究中(zhōng)具有廣闊的應用前景。

A novel wavy non‑uniform ligament chiral stent with J‑shaped stress–strain behavior to mimic the native trachea

Jiapeng Liu, Xinhua Yao, Zhenwei Wang, Jian Ye, Congcong Luan, Jianzhong Fu, Yong He

DOI: 10.1007/s42242-021-00159-y Downloaded: 1835 Clicked: 2972 Cited: 0 Commented: 0(p.851-866) <Full Text>

Chinese summary <7> 浙大(dà)劉加朋、姚鑫骅、杭州市第一(yī)人民醫院葉健等 | 一(yī)種模拟真實氣管J形應力-應變行爲的新型非均勻韌帶手性結構氣管支架

本研究論文聚焦能夠适應人體(tǐ)氣管動态行爲的功能支架設計。氣管支架是針對氣管狹窄或塌陷的患者所采用的一(yī)類氣管内部環形網狀支撐物(wù)，以此來擴張和支撐氣管，達到解除狹窄的治療目的。支架植入術是除手術外(wài)治療氣管狹窄較爲理想的方法。然而，目前臨床上常用的氣管支架難以達到完全理想的治療效果，主要缺陷表現在批量生(shēng)産的支架無法适應不同患者、不同病竈、不同階段的治療需求，其主要原因包括：①由于人體(tǐ)呼吸運動的多樣性和複雜(zá)性，導緻支架在氣管内移位甚至脫位；②對于兒童患者，現有的支架由于無法适應人體(tǐ)生(shēng)長變化而導緻失效。因此，設計并制造一(yī)種形狀、性能可變，能夠适應人體(tǐ)氣管動态行爲的功能支架，已成爲決定氣管狹窄治療效果最爲關鍵的因素之一(yī)。

鑒于此，論文提出了一(yī)種波浪形非均勻韌帶手性結構氣管支架。該支架基于手性拉脹機械超材料的負泊松比特性，采用波浪形非均勻韌帶（W-N-L）替換四手性和反四手性混合結構的切向韌帶，實現了支架的J形應力-應變行爲和負泊松比特性。通過調控韌帶幾何參數和晶格拓撲模拟原生(shēng)氣管力學特性，且支架表現出負泊松比效應，軸向拉伸形變條件下(xià)，徑向适度膨脹以适應氣管動态行爲，對保證氣道暢通和消除支架移位起到重要作用。

4D printing of PLA/PCL shape memory composites with controllable sequential deformation

Suqian Ma, Zeyu Jiang, Meng Wang, Lan Zhang, Yunhong Liang, Zhihui Zhang, Lei Ren, Luquan Ren

DOI: 10.1007/s42242-021-00151-6 Downloaded: 1949 Clicked: 2389 Cited: 0 Commented: 0(p.867-878) <Full Text>

Chinese summary <7> 吉林大(dà)學馬愫倩、梁雲虹、任露泉、王萌等 | 4D打印PLA/PCL形狀記憶複合材料的可控連續變形

本研究論文聚焦4D打印PLA/PCL形狀記憶複合材料的可控連續變形。由于形狀記憶聚合物(wù)(SMPs)具備良好的力學性能，快速的響應時間和良好的生(shēng)物(wù)相容性，因此是一(yī)種很有前途的生(shēng)物(wù)醫學應用材料。然而，由于SMP的變形溫度高且變形過程單一(yī)，其很難實現可控的連續形狀變化。鑒于此，本文采用4D打印技術制備了基于聚乳酸(PLA)基體(tǐ)和半結晶線型聚合物(wù)聚己内酯(PCL)的形狀記憶複合材料。與單純PLA相比，随着PCL含量的增加，4D打印PLA/PCL複合材料的玻璃化轉變溫度從67.2 ℃降低到55.2 ℃。通過對變形條件的精确控制，PLA/PCL形狀記憶複合材料可以實現具有優異形狀記憶效果的可控順序變形。形狀恢複的響應時間小(xiǎo)于1.2 s，形狀回複率在92%以上。爲了模拟花瓣開(kāi)放(fàng)和藥物(wù)釋放(fàng)的順序效應，本文通過組裝不同PLA/PCL比例的PLA/PCL樣品，設計了一(yī)種雙層仿生(shēng)花和一(yī)種藥物(wù)釋放(fàng)裝置。結果表明，4D打印PLA/PCL複合材料在仿生(shēng)機器人和生(shēng)物(wù)醫學設備領域具有潛在的應用前景。

In vivo analysis of post‑joint‑preserving surgery fracture of 3D‑printed Ti‑6Al‑4V implant to treat bone cancer

Jong Woong Park, Ye Chan Shin, Hyun Guy Kang, Sangeun Park, Eunhyeok Seo, Hyokyung Sung, Im Doo Jung

DOI: 10.1007/s42242-021-00147-2 Downloaded: 1731 Clicked: 2199 Cited: 0 Commented: 0(p.879-888) <Full Text>

Chinese summary <7> 韓國慶尚大(dà)學Hyokyung Sung等 | 3D打印Ti-6Al-4V植入物(wù)關節保留術後骨折治療骨癌的臨床分(fēn)析

本研究論文聚焦使用3D打印金屬植入物(wù)治療骨癌的臨床應用。由于其随機形狀，骨癌生(shēng)長會降低骨骼強度，從而改變其支持體(tǐ)重或肌肉的能力。這會影響正常行走或日常活動，從而嚴重影響人類的生(shēng)活質量。爲了使患者成功康複，有必要盡快切除受癌症影響的最小(xiǎo)骨區域，并在兩周内迅速用生(shēng)物(wù)相容性好的金屬植入物(wù)替換。本研究設計并在患者體(tǐ)内安裝了電子束熔融的Ti-6Al-4V植入物(wù)，以保存靠近骨腫瘤的天然膝關節。所開(kāi)發的植入物(wù)與骨缺損吻合性好，并且在手術後六周内恢複了自然膝關節的獨立行走功能。在Ti-6Al-4V植入物(wù)成功替換受癌症影響的骨後六個月，由于植入物(wù)近端的網狀交界處輕微向下(xià)滑移，患者發生(shēng)了延遲性骨折。本文作者對斷裂區域進行了微觀結構、力學和計算分(fēn)析，并找出延遲斷裂的主要原因。本文關于機械和材料研究的發現可以幫助實現3D打印钛植入物(wù)的安全植入，以保護四肢有大(dà)量骨缺損的患者的自然關節。

Fabrication of bioinspired edible liquid marble with phase transition and tunable water barrier property

Daheng Wang, Shanpeng Li, Ben Wang, Zhiguang Guo, Weimin Liu

DOI: 10.1007/s42242-021-00158-z Downloaded: 2256 Clicked: 2125 Cited: 0 Commented: 0(p.889-901) <Full Text>

Chinese summary <7> 湖北(běi)大(dà)學郭志(zhì)光等 | 構建仿生(shēng)可食用液體(tǐ)彈珠的多相轉換和可調節阻水能力

本研究聚焦蚜蟲仿生(shēng)液體(tǐ)彈珠的可食用化制備及其多相轉換和可調節阻水能力。液體(tǐ)彈珠通常采用的表面含氟顆粒包裹水的制備策略是限制其運用到食品藥品領域的主要因素，将表面包裹顆粒可食用化是解決此問題的理想方案。鑒于此，本文基于荷葉表面微納結構和化學組成構建了可食用液體(tǐ)彈珠，并通過利用連續生(shēng)産系統，以巴西棕榈蠟和蜂蠟混合顆粒作爲界面活性劑，包裹水和固體(tǐ)，空氣相或混合相完成了穩定食品液體(tǐ)彈珠、載藥顆粒、載藥膠囊的生(shēng)産。可食用的液體(tǐ)彈珠可以包裹水和食品。載藥顆粒、載藥膠囊可以通過應用果膠或糖漿作爲内容物(wù)來制造。此外(wài)，通過加熱不同比例的混合蠟粉可以生(shēng)産出水穩定的載藥顆粒、載藥膠囊。蠟粉作爲界面活性劑可以與果膠形成牢固氫鍵結合。因此，可食用的液體(tǐ)彈珠可用于食品工(gōng)業中(zhōng)的殘留物(wù)減少、腐蝕減少、生(shēng)物(wù)危害預防和清潔。載藥顆粒、載藥膠囊可以作爲具有水運、保鮮、緩釋和選擇性釋放(fàng)能力的新型藥用包裝材料。

Fabrication of gelatin methacryloyl hydrogel microneedles for transdermal delivery of metformin in diabetic rats

Zhiyong Zeng,Guohua Jiang,Tianqi Liu, Gao Song,Yanfang Sun, Xueya Zhang, Yanting Jing,Mingjia Feng,Yufei Shi

DOI: 10.1007/s42242-021-00140-9 Downloaded: 1923 Clicked: 2163 Cited: 0 Commented: 0(p.902-911) <Full Text>

Chinese summary <7> 浙理工(gōng)曾志(zhì)勇、江國華等 | 制備一(yī)種甲基丙烯酸化明膠微針貼片用于調節糖尿病鼠血糖

本研究論文聚焦微針貼片的制備用于調節糖尿病鼠血糖。皮下(xià)注射導緻患者耐受性差，并産生(shēng)疼痛感，給糖尿病患者的日常生(shēng)活帶來了極大(dà)的不便。本研究設計了一(yī)種甲基丙烯酸化明膠微針（GelMA-MNs）并負載二甲雙胍，用于調節糖尿病鼠血糖。采用微模闆法制備了GelMA-MNs。制備的GelMA-MNs具有優異的力學性能和耐濕性能。将降糖藥物(wù)二甲雙胍包覆至GelMA-MNs中(zhōng)，其體(tǐ)外(wài)藥物(wù)釋放(fàng)速率可通過GelMA的溶脹進行調控，GelMA-MNs的體(tǐ)外(wài)藥物(wù)釋放(fàng)實驗表現出緩釋行爲。通過提高GelMA-MNs的交聯密度，可顯著延長藥物(wù)釋放(fàng)時間。對糖尿病鼠給予GelMA-MNs經皮治療後，GelMA-MNs的治療效果優于皮下(xià)注射，顯示出良好的糖尿病治療效果。

Editorial

Biomanufacturing: from biomedicine to biomedicine

Yong He

DOI: 10.1007/s42242-021-00161-4 Downloaded: 1364 Clicked: 1845 Cited: 0 Commented: 0(p.912-913) <Full Text>

Chinese summary <7> 首屆"生(shēng)物(wù)設計與制造"青年論壇梳理了5個問題？

2021年盛夏，在浙江大(dà)學機械工(gōng)程學院、流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室的支持下(xià)，由Bio-Design and Manufacturing (BDM)編輯部主辦了第一(yī)屆"生(shēng)物(wù)設計與制造"青年學術論壇。論壇主席，浙江大(dà)學機械工(gōng)程學院院長、BDM雜(zá)志(zhì)主編楊華勇院士誠邀了國内外(wài)的青年才俊，如來自哈佛大(dà)學的Yu Shrike Zhang教授、華西醫院的苟馬玲教授、同濟大(dà)學的許曉斌教授、中(zhōng)科院深圳先研院的阮長順研究員(yuán)、吉林大(dà)學的梁雲虹教授、浙江大(dà)學的鄒俊教授、清華大(dà)學熊卓研究員(yuán)、哈工(gōng)大(dà)深圳校區的吳洋研究員(yuán)、北(běi)航的馮林教授、空軍軍醫大(dà)學的劉世宇研究員(yuán)、劍橋大(dà)學的Yan Yan Shery Huang教授等圍繞着生(shēng)物(wù)制造中(zhōng)的一(yī)些關鍵問題分(fēn)享了他們的研究進展。與會學者及浙江大(dà)學的生(shēng)物(wù)制造研究方向的師生(shēng)進行了深入的交流，經過一(yī)天的研讨，梳理了這個領域要關注的“五個關鍵”問題：

1、生(shēng)物(wù)組織如此複雜(zá)，1:1的體(tǐ)外(wài)重建其宏微納結構，在制造上幾乎不能實現。那生(shēng)物(wù)制造到底要仿生(shēng)體(tǐ)内組織到哪個層次？

2、個性化的生(shēng)物(wù)制造已開(kāi)始逐步走向了臨床産品，在這個過程中(zhōng)，個性化制造如何與醫療器械審批中(zhōng)的标準化相匹配，從而滿足國家監管層的要求？

3、幹細胞治療國際上已有一(yī)些産品，國内也将有一(yī)批幹細胞治療産品獲批，含細胞産品進入臨床有哪些要求及限制？

4、現有疾病體(tǐ)外(wài)模型評價主要依賴生(shēng)化檢測，是否有更高效的評價方法？

5、如何合法獲得病人資(zī)料，防範倫理問題？

後續BDM雜(zá)志(zhì)将持續組織系列研讨，推進生(shēng)物(wù)制造方向的發展，這個領域不斷出現新問題，所以青年學者們期待下(xià)一(yī)場論壇的碰撞。