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

2023 Vol.6 No.3 P.217-371

Cover:

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<<< CONTENTS >>>

Research Article

Alginate/gelatin/boron-doped hydroxyapatite-coated Ti implants: in vitro and in vivo evaluation of osseointegration

Ahmet E. Pazarçeviren, Zafer Evis, Tayfun Dikmen, Korhan Altunbaş, Mustafa V. Yaprakçı, Dilek Keskin & Ayşen Tezcaner

DOI: 10.1007/s42242-022-00218-y Downloaded: 495 Clicked: 422 Cited: 0 Commented: 0(p.217-242) <Full Text>

Chinese summary <12> 中(zhōng)東技術大(dà)學Ayşen Tezcaner等 | 海藻酸鹽明膠硼摻雜(zá)羟基磷灰石塗層钛植入物(wù)骨融合的體(tǐ)外(wài)和體(tǐ)内評估

本研究論文在钛上制造了硼摻雜(zá)羟基磷灰石（BHT）負載的海藻酸/明膠基（A/G）水凝膠塗層，通過觸發骨誘導、血管化和免疫調節支持骨融合。首先，研究人員(yuán)制造了可重複性高的、易獲取的和有時效性的BHT，它明顯地促進了更高的成骨和血管生(shēng)成成熟，同時僅觀察到輕微的先天免疫反應。BHT的巨大(dà)潛力可通過在钛植入物(wù)上産生(shēng)填充間隙的A/G/BHT間相來證明，通過模拟骨質細胞外(wài)基質來實現功能橋接并對先天免疫反應的過程進行控制。本文使用3-氨基丙基三乙氧基矽烷對植入物(wù)表面進行氨基矽烷化，然後用0.25% w/v海藻酸鹽與20 mM 1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺和N-羟基琥珀酰亞胺進行塗層，使A/G/BHT預凝膠均勻地分(fēn)散并共價地附着在表面上。預凝膠中(zhōng)加入0.2M的氯化鈉，使BHT均勻地混合在結構中(zhōng)，而不引起離(lí)子交聯。然後，将塗層植入物(wù)冷凍幹燥并儲存。塗層顯示出較高的内聚力和粘合力，在室溫和正常濕度下(xià)有8個月的保質期。A/G/BHT能夠包覆不規則形狀的钛種植體(tǐ)。成骨細胞和内皮細胞可以在A/G/BHT上茁壯成長，并顯示出極大(dà)的成骨和血管生(shēng)成能力。此外(wài)，A/G/BHT保持了巨噬細胞的增殖能力，并在可迅速解決的免疫反應期間快速增殖。最後，A/G/BHT被證明能在2個月内誘導兔子股骨軟骨模型中(zhōng)植入物(wù)的牢固整合。因此得出結論，A/G/BHT塗層可以作爲一(yī)個多功能庫，促進金屬植入物(wù)快速且強固的骨整合。

Bioinspired flexible piezoresistive sensor for high-sensitivity detection of broad pressure range

Meng Wang, Hao Zhang, Han Wu, Suqian Ma, Lei Ren, Yunhong Liang, Chunbao Liu & Zhiwu Han

DOI: 10.1007/s42242-022-00220-4 Downloaded: 298 Clicked: 399 Cited: 0 Commented: 0(p.243-254) <Full Text>

Chinese summary <13> 吉林大(dà)學馬愫倩等 | 在寬壓力檢測範圍内具備高靈敏度的仿生(shēng)柔性壓阻傳感器

本研究論文聚焦于人類皮膚感知(zhī)各種壓力的能力。因此，在假肢或機器人系統中(zhōng)，有必要制備在寬測量範圍内具有高靈敏度的壓力傳感器，以提供類似人類的觸覺感知(zhī)能力。在此，我(wǒ)們利用帶有荷葉微圖案的聚二甲基矽氧烷和多層疊加技術，研制了一(yī)種在寬壓力範圍内具有高靈敏度的柔性壓阻式傳感器。通過疊加四層微圖案結構基底層，傳感器實現了0-312 kPa的寬壓力測量範圍，2.525 kPa−1的高靈敏度，壓力檢測下(xià)限 <12 Pa和45 ms的快速響應時間。與傳統的柔性壓力傳感器相比，該傳感器的壓力測量範圍提高了至少一(yī)個數量級。柔性壓阻式壓力傳感器還顯示出高穩定性:經過至少1000次循環測試後，沒有疲勞迹象。更重要的是，這些傳感器可以潛在地應用于各種人體(tǐ)運動檢測場景，包括微小(xiǎo)脈沖監測、喉部振動檢測和大(dà)型腳下(xià)壓力傳感。所提出的制造策略可以指導其他類型的多功能傳感器的設計，以提高檢測性能。

Multidrug dissolvable microneedle patch for the treatment of recurrent oral ulcer

Yuqiong Wang, An’an Sheng, Xinran Jiang, Shanshan Yang, Long Lin, Mingzhu Yang, Fengshuo Zhu, Yongyan Hu, Jian Li & Lingqian Chang

DOI: 10.1007/s42242-022-00221-3 Downloaded: 342 Clicked: 330 Cited: 0 Commented: 0(p.255-267) <Full Text>

Chinese summary <14> 北(běi)航常淩乾、廈大(dà)附屬翔安醫院李健等 | 用于治療複發性口腔潰瘍的多藥聯合可溶微針貼片

本研究論文聚焦一(yī)種搭載三藥聯合的透明質酸可溶微針ROUMN，用于治療複發性口腔潰瘍（複發性阿弗他潰瘍）。由于複發性口腔潰瘍治病機理不明，現有療法主要聚焦于改善症狀、加速愈合。因此，藥物(wù)的選擇通常包括皮質醇、抗菌類、促愈合和鎮痛類。然而，以常見的口腔貼片、藥膏、噴霧或漱口水形式給藥的治療方式無法确保給藥時長，導緻治療效果的削弱。

本研究篩選出固化後針尖成型度高、針體(tǐ)硬度好、微針基底韌性強的300 kDa透明質酸作爲基質材料，其所制成的微針在刺入皮膚後10秒可完全溶解，且在相同載藥量下(xià)，總釋藥量達到明膠/玉米澱粉微針的2倍。根據大(dà)鼠口腔潰瘍模型訂制的350 μm針長可以确保微針刺入潰瘍的假性粘膜後直接給藥到潰瘍底部，在整個潰瘍中(zhōng)達到均勻的藥物(wù)分(fēn)布。ROUMN采用了醋酸地塞米松、維他命C和鹽酸丁卡因的藥物(wù)組合，使微針貼片在鎮痛的同時達到消炎、促愈合的治療效果。實驗表明，三藥聯合産生(shēng)的抗炎效果顯著高于單獨使用地塞米松，對細胞的促增殖和遷移效果也顯著高于單獨使用維他命C。在對大(dà)鼠口腔潰瘍模型的治療中(zhōng)，ROUMN相比于臨床常用藥西瓜霜粉劑，可将愈合時間從7天縮短至5天。病理切片顯示，經ROUMN治療的口腔潰瘍在第一(yī)次用藥之後即表現出更快的修複速度，在第3天時已完成真皮層的修複，同時炎症反應也顯著低于其他組。本研究爲治療複發性口腔潰瘍的給藥方式和藥物(wù)組合提供了改善思路，也展示了ROUMN的高轉化價值及應用前景。

Development of a portable reflectance confocal microscope and its application in the noninvasive in vivo evaluation of mesenchymal stem cell-promoted cutaneous wound healing

Lixing Zhang, Xin Miao, Meijia Wang, Aihua Shi, Jingwen Wang, Zhonglin Ma, Yunhai Zhang, Jingzhong Zhang & Shuang Yu

DOI: 10.1007/s42242-022-00223-1 Downloaded: 352 Clicked: 416 Cited: 0 Commented: 0(p.268-283) <Full Text>

Chinese summary <13> 中(zhōng)科院蘇州生(shēng)物(wù)醫學工(gōng)程技術研究所張麗星等 | 便攜式反射共聚焦顯微鏡的研制及其在體(tǐ)無創評價間充質幹細胞促進皮膚傷口愈合中(zhōng)的應用

本研究論文聚焦便攜式反射共聚焦顯微鏡的研制及其在體(tǐ)無創評價間充質幹細胞促進皮膚傷口愈合中(zhōng)的應用。臨床上通常通過組織學評估傷口愈合的過程，但這可能會導緻瘢痕和繼發性損傷。反射共聚焦顯微鏡(RCM)是一(yī)種非侵入式的實時成像技術，可在體(tǐ)對皮膚結構進行評估。傳統的RCM是基于寬探針的，這限制了它在凹凸不平和被覆蓋皮膚上的應用。本研究中(zhōng)，我(wǒ)們設計并制造了一(yī)台便攜式反射共聚焦顯微鏡(PRCM)，其中(zhōng)PRCM中(zhōng)的所有組件都被組裝在手持外(wài)殼中(zhōng)。通過采用微機電系統(MEMS)減小(xiǎo)了PRCM的尺寸和重量，但分(fēn)辨率保持在0.91 μm，系統的視場爲343 μm×532 μm。當在體(tǐ)使用時，PRCM能夠可視化小(xiǎo)鼠和人類皮膚的細胞和核形态。利用PRCM對局部應用間充質幹細胞(MSCs)或生(shēng)理鹽水治療傷口的愈合過程進行評估，可以觀測到膠原束的形成，從傷口邊緣到傷口中(zhōng)央上皮細胞的形成，以及毛囊再生(shēng)，這與組織學評估結果相一(yī)緻。因此，我(wǒ)們爲實時監測局部應用間充質幹細胞對傷口愈合過程的影響提供了新的方法。這項研究表明，新開(kāi)發的PRCM是一(yī)種有前途的、可實時、無創監測傷口動态愈合過程的設備，也顯示出它在臨床傷口治療中(zhōng)具有診斷、監測或預測疾病的潛力。

Gelatin-based hydrogel functionalized with taurine moieties for in vivo skin tissue regeneration

Farnaz Rahimi, Nima Ahmadkhani, Aida Goodarzi, Fariba Noori, Sajad Hassanzadeh, Sepideh Saghati, Mehdi Khanmohammadi & Arash Goodarzi

DOI: 10.1007/s42242-022-00227-x Downloaded: 313 Clicked: 429 Cited: 0 Commented: 0(p.284-297) <Full Text>

Chinese summary <14> 伊朗Arash Goodarzi等 | 用于體(tǐ)内皮膚組織再生(shēng)的硫酸牛磺酸功能化明膠基水凝膠

本研究論文聚焦用于體(tǐ)内皮膚組織再生(shēng)的硫酸牛磺酸功能化明膠基水凝膠。功能化水凝膠可刺激内皮細胞(ECs)的遷移和形态發生(shēng)，是有用的促創傷愈合基質。本文研究牛磺酸(Tau)共價結合在基于明膠的水凝膠上的可行性。該水凝膠預計可以在水凝膠靠近ECs的微環境内維持帶正電的生(shēng)長因子，如堿性成纖維細胞生(shēng)長因子(bFGF)和血管内皮細胞生(shēng)長因子(VEGFs)。明膠通過羟基酚(Ph)和Tau官能團共價結合，随後通過辣根過氧化物(wù)酶催化反應交聯Ph殘基。通過劃痕遷移實驗和微粒細胞遷移實驗分(fēn)析ECs的遷移特性。對封裝細胞的細胞形态和Ang 1、bFGF和VEGF蛋白(bái)的數量進行評估。通過原始創傷大(dà)小(xiǎo)的降低百分(fēn)比和大(dà)鼠皮膚組織病理學分(fēn)析來評估合成水凝膠在創傷愈合中(zhōng)的潛力。在共培養期間，水凝膠中(zhōng)包含的Tau分(fēn)子通過共價鍵穩定。随着共培養時間的延長，共價結合Tau的明膠基水凝膠提高了遷移距離(lí)和現有遷移ECs的數量。固定在基于明膠的水凝膠中(zhōng)的Tau誘導ECs高度運動性，伴随着強有力的細胞骨架延伸和表達CD44和CD31受體(tǐ)的細胞亞群，以及Ang 1、bFGF和VEGF的增強。我(wǒ)們發現，注射用Gel-Ph-Tau有效地改善了創傷愈合參數。

Review

Designs and methodologies to recreate in vitro human gut microbiota models

Francesco Biagini, Costanza Daddi, Marco Calvigioni, Carmelo De Maria, Yu Shrike Zhang, Emilia Ghelardi & Giovanni Vozzi

DOI: 10.1007/s42242-022-00210-6 Downloaded: 558 Clicked: 357 Cited: 0 Commented: 0(p.298-318) <Full Text>

Chinese summary <12> 比薩大(dà)學Giovanni Vozzi等 | 重建體(tǐ)外(wài)人類腸道微生(shēng)物(wù)群模型的設計和方法

本綜述論文聚焦人體(tǐ)腸道菌群體(tǐ)外(wài)重構中(zhōng)的設計思路實現方法。人類腸道微生(shēng)物(wù)群被廣泛認爲是隐藏在我(wǒ)們體(tǐ)内的一(yī)個代謝器官，在宿主的生(shēng)理學中(zhōng)起着至關重要的作用。有幾個因素會影響其組成，因此，世界人口中(zhōng)存在着多種腸道微生(shēng)物(wù)。人體(tǐ)微生(shēng)物(wù)組成的過度失衡通常與人類疾病和病理有關，需要新的研究策略來深入了解這些病理并确定藥物(wù)治療方法。人體(tǐ)腸道微生(shēng)物(wù)群的體(tǐ)外(wài)模型通常用于研究微生(shēng)物(wù)發酵模式、群落組成和宿主微生(shēng)物(wù)相互作用。生(shēng)物(wù)反應器和微流體(tǐ)裝置已被設計爲在有/無與之相互作用的真核細胞的動态環境中(zhōng)培養來自人類腸道微生(shēng)物(wù)群的微生(shēng)物(wù)。在這篇綜述中(zhōng)，我(wǒ)們将全面描述創建人體(tǐ)腸道微生(shēng)物(wù)群的功能以及可複制和準确的體(tǐ)外(wài)培養所需的因素。此外(wài)，我(wǒ)們将分(fēn)析目前用于研究發酵過程以及人體(tǐ)腸道微生(shēng)物(wù)群與宿主真核細胞之間關系的一(yī)些設備。

Organoids revealed: morphological analysis of the profound next generation in-vitro model with artificial intelligence

Xuan Du, Zaozao Chen, Qiwei Li, Sheng Yang, Lincao Jiang, Yi Yang, Yanhui Li & Zhongze Gu

DOI: 10.1007/s42242-022-00226-y Downloaded: 342 Clicked: 388 Cited: 0 Commented: 0(p.319-339) <Full Text>

Chinese summary <12> 東南(nán)大(dà)學杜軒等 | 揭示類器官：使用人工(gōng)智能對影響深遠的下(xià)一(yī)代體(tǐ)外(wài)模型進行形态分(fēn)析

本綜述論文聚焦利用人工(gōng)智能對影響深遠的下(xià)一(yī)代體(tǐ)外(wài)模型進行形态分(fēn)析。在現代術語中(zhōng)，類器官是指在體(tǐ)外(wài)特定三維（3D）環境中(zhōng)生(shēng)長的細胞，與它們的源器官或組織具有相似的結構。通過顯微鏡觀察類器官的形态和生(shēng)長特征是類器官分(fēn)析的常用觀察方式。然而，僅依靠勞動力來篩選和分(fēn)析類器官是困難、耗時和不準确的，而傳統技術無法很好地解決這一(yī)問題。人工(gōng)智能（AI）技術的應用已經在許多生(shēng)物(wù)學和醫學研究領域證明了其有效性，特别是在單細胞或H/E染色組織切片的分(fēn)析中(zhōng)。擴展到分(fēn)析類器官，人工(gōng)智能還應提供更高效、定量、準确和快速的解決方案。在這篇綜述中(zhōng)，首先簡要概述類器官的應用領域，然後讨論傳統類器官測量和分(fēn)析方法的缺點。其次，概述了從機器學習到深度學習的發展以及後者的優勢，接着描述如何利用卷積神經網絡來解決類器官觀察和分(fēn)析中(zhōng)的挑戰。最後，讨論目前人工(gōng)智能在類器官研究中(zhōng)的局限性，并探究機遇和未來的研究方向。

Mechanical stimulation devices for mechanobiology studies: a market, literature, and patents review

F. Melo-Fonseca, O. Carvalho, M. Gasik, G. Miranda & F. S. Silva

DOI: 10.1007/s42242-023-00232-8 Downloaded: 447 Clicked: 369 Cited: 0 Commented: 0(p.340-371) <Full Text>

Chinese summary <11> 葡萄牙米尼奧大(dà)學Melo-Fonseca等 | 用于力學生(shēng)物(wù)學研究的機械刺激裝置：市場、文獻和專利綜述

本綜述論文聚焦用于力學生(shēng)物(wù)學研究裝備，分(fēn)析了其科研、市場現狀，并探讨了其可能的未來發展方向。各種研究和技術領域的重大(dà)進步促成了對人體(tǐ)生(shēng)理動力學的顯著發現。爲了更準确地模拟複雜(zá)的生(shēng)理環境，研究已從二維（2D）培養系統轉向更複雜(zá)的三維（3D）動态培養。與生(shēng)物(wù)反應器或基于微流體(tǐ)的培養模型不同，細胞通常接種在聚合物(wù)基質上或載入3D打印結構中(zhōng)，并對這些結構施加機械刺激以研究細胞對機械應力（例如拉伸或壓縮）的反應。本綜述側重于目前市場上可用的或由研究團隊定制或受專利保護的機械刺激裝置的工(gōng)作原理，并強調了仍有待改進的主要功能。這些功能可以用于在未來進行更可靠和準确的機械生(shēng)物(wù)學研究。