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.5 P.507–521

Cover:

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<<< CONTENTS >>>

Research Article

Research Article: Benidipine-loaded nanoflower-like magnesium silicate improves bone regeneration

Jingyi Lu, Miao Sun, Jingyu Zhang, Xiaofu Yang, Minyi Dong, Huihui He, An Liu, Mengfei Yu, Baixiang Wang & Huiming Wang

DOI: 10.1007/s42242-023-00240-8 Downloaded: 253 Clicked: 224 Cited: 0 Commented: 0(p.507–521) <Full Text>

Chinese summary <3> 浙江大(dà)學醫學院附屬口腔醫院王慧明等 | 載貝尼地平的納米花樣矽酸鎂促進骨組織再生(shēng)

本研究論文聚焦于負載藥物(wù)的雜(zá)化納米載體(tǐ)制備及應用研究。高血壓是過早死亡的首要風險因素，常由心血管并發症引起。近年來，越來越多的研究發現高血壓會影響鈣攝入并加速骨喪失，因此臨床上常用的抗高血壓藥對骨代謝的影響也值得被密切關注。其中(zhōng)，二氫吡啶類降壓藥貝尼地平具有抗氧化和細胞保護作用，對骨代謝也有積極影響。但由于貝尼地平的生(shēng)物(wù)利用度低，局部大(dà)劑量應用會造成組織損傷。此外(wài)，大(dà)塊骨缺損難以自愈，往往需要成骨因子的持續釋放(fàng)。将納米制劑引入骨組織工(gōng)程策略實現了藥物(wù)的持續控釋，有望加速骨缺損的愈合與再生(shēng)。本研究以二氧化矽爲模闆，氯化鎂爲鎂源，通過化學蝕刻技術合成矽酸鎂納米粒子，并将貝尼地平負載于粒子的中(zhōng)空結構中(zhōng)，構建出具有成骨效應的納米花樣制劑。通過理化表征檢測到載貝尼地平的矽酸鎂納米粒子（BD-MSNs）顯示出較高的封裝效率和長效釋放(fàng)能力。通過熒光納米粒子示蹤、内吞途徑抑制劑前處理和熒光強度檢測等手段對其内化機制進行探索，發現BD-MSNs能夠通過網格蛋白(bái)介導的内吞途徑被細胞高效攝取并促進其向成骨方向分(fēn)化。最終，具有自身治療特性的矽酸鎂納米粒子通過負載貝尼地平，實現了二者的效應疊加，協同促進了大(dà)鼠顱骨缺損區的骨組織再生(shēng)。本研究采用金屬摻雜(zá)和藥物(wù)負載制備的花狀納米制劑爲高血壓病理狀況下(xià)的骨修複提供了新的策略。

Research Article: Microcurvature landscapes induce neural stem cell polarity and enhance neural differentiation

Ho-Yin Yuen, Wai-Sze Yip, Suet To & Xin Zhao

DOI: 10.1007/s42242-023-00243-5 Downloaded: 243 Clicked: 236 Cited: 0 Commented: 0(p.522–535) <Full Text>

Chinese summary <4> 香港理工(gōng)大(dà)學趙昕杜雪課題組聯合發表 | 微曲率結構誘導神經幹細胞極性并增強神經分(fēn)化

本研究論文聚焦于解析組織工(gōng)程支架的連續微曲率結構對神經細胞行爲的指導作用。長期以來，曲率一(yī)直被認爲是影響細胞行爲的重要構造參數，研究人員(yuán)也逐漸對調節組織工(gōng)程支架的微尺度曲率進而影響細胞命運産生(shēng)興趣。研究表明，神經細胞在發育過程中(zhōng)會發生(shēng)劇烈的形态變化，并且曲率存在會對神經突生(shēng)長起限制作用，但關于理解神經細胞如何受組織工(gōng)程支架三維曲率影響仍存在較多空白(bái)。本研究中(zhōng)，作者制備了兩種微曲率基闆，分(fēn)别爲連續重複的凹面或凸面圖案，進一(yī)步利用基闆對N2a小(xiǎo)鼠神經母細胞瘤細胞分(fēn)化形态進行研究。結果表明，與之前報道的二維曲率限制神經突生(shēng)長結論相比，連續的凹面或凸面圖案均可顯著增強神經細胞的極化和分(fēn)化，且幾乎不會引起細胞主體(tǐ)形态變化。神經細胞分(fēn)化增強的特性，主要包括軸突增長、細胞核位移增加以及神經細胞标志(zhì)物(wù)表達上調。通過理解微曲率結構影響神經元極化的方式，将爲設計神經組織工(gōng)程材料提供新的視角。

Research Article: Proof of concept of a self-tightening needle-less suture using a NiTi shape memory alloy

Adelaide Nespoli, Davide Ninarello, Enrico Bassani & Villiam Dallolio

DOI: 10.1007/s42242-023-00254-2 Downloaded: 223 Clicked: 222 Cited: 0 Commented: 0(p.536–549) <Full Text>

Chinese summary <3> 意大(dà)利Adelaide Nespoli等 | 使用鎳钛形狀記憶合金的自緊式無針縫合

本研究論文聚焦使用鎳钛形狀記憶合金的新型自緊式無針縫合。在外(wài)科手術中(zhōng)，縫合一(yī)般被認爲是簡單操作。然而，在某些情況下(xià)，縫合并不容易或不可行。在本文中(zhōng)，作者提出了一(yī)種由鎳钛合金制成的新型自緊式無針縫合線，并進行了概念驗證。新裝置旨在克服傳統縫合的兩個苛刻步驟：針引入和手動打結。該新型縫合線僅由一(yī)根短鎳钛合金線構成，其能夠通過利用熱彈性相變來改變形狀。這種形狀變化是通過使用溫水将裝置溫度由手術室的溫度（例如，20–22 °C）提高到32 °C來實現的。縫合包括兩個步驟：縫合引入，即縫線處于打開(kāi)狀态；形狀恢複（縫線閉合），由于鎳钛合金材料的特殊僞彈性特性，在人體(tǐ)溫度下(xià)本縫線将處于閉合狀态。最後，本文驗證了所提出裝置的熱和功能特性，證明了其簡單性和有效性。

Research Article: 3D bioprinting of complex biological structures with tunable elastic modulus and porosity using freeform reversible embedding of suspended hydrogels

Zhuang Chen, Chuanzhen Huang, Hanlian Liu, Xu Han, Zhichao Wang, Shuying Li, Jun Huang & Zhen Wang

DOI: 10.1007/s42242-023-00251-5 Downloaded: 198 Clicked: 272 Cited: 0 Commented: 0(p.550–562) <Full Text>

Chinese summary <3> 山東大(dà)學陳壯&燕山大(dà)學黃傳真等 | FRESH打印具有可調彈性模量和孔隙率的複雜(zá)生(shēng)物(wù)結構

本研究論文聚焦于使用懸浮水凝膠的自由形式可逆嵌入（FRESH）打印方法打印具有可調彈性模量和孔隙率的複雜(zá)結構。目前，三維（3D）生(shēng)物(wù)打印已被廣泛用于構建硬組織，如骨骼和軟骨。然而，構建具有複雜(zá)結構的軟組織仍然是一(yī)個挑戰。FRESH打印方法可以克服重力對打印結構的影響，有望成爲制備複雜(zá)軟組織的關鍵手段。本研究以海藻酸鹽和明膠作爲墨水基底，通過FRESH方法進行載細胞打印。首先，設計并制備了具有可調孔隙率和機械性能的生(shēng)物(wù)墨水，通過FRESH方法在明膠顆粒支撐浴中(zhōng)進行擠出打印。使用流變儀測量墨水的流變性能對打印性進行了分(fēn)析，并通過模拟進一(yī)步分(fēn)析了油墨的擠出狀态。此外(wài)，力學測試結果和微觀形貌分(fēn)别顯示出打印結構具有可調的彈性模量和孔隙率。通過對FRESH工(gōng)藝進行優化，實現了一(yī)系列複雜(zá)結構的打印。最後使用L929成纖維細胞進行載細胞打印，細胞在7天培養中(zhōng)表現出高的活力和良好的增殖特性。所有結果表明，設計的生(shēng)物(wù)墨水具有良好的生(shēng)物(wù)和機械性能，并且可以通過添加細胞相容性材料進一(yī)步提高細胞活力，在軟組織的打印中(zhōng)顯示出良好的潛力。

Review

Review: Recent advances in lung-on-a-chip technology for modeling respiratory disease

Jorge A. Tavares-Negrete, Prativa Das, Sahar Najafikhoshnoo, Steven Zanganeh & Rahim Esfandyarpour

DOI: 10.1007/s42242-023-00241-7 Downloaded: 307 Clicked: 258 Cited: 0 Commented: 0(p.563–585) <Full Text>

Chinese summary <3> 加州大(dà)學爾灣分(fēn)校Rahim Esfandyarpour等 | 綜述：用于模拟呼吸系統疾病的肺芯片技術最新進展

本綜述論文聚焦用于模拟呼吸系統疾病的肺芯片技術的最新進展。随着模拟體(tǐ)内生(shēng)物(wù)物(wù)理和生(shēng)化特征的設備升級，組織工(gōng)程方法(包括功能性肺組織方法)得到了完善。灌注培養是近年來随着微流控設備的引入而實現的基本生(shēng)物(wù)物(wù)理特性之一(yī)。本綜述将動态培養對體(tǐ)外(wài)維持肺細胞功能的重要性與呼吸系統疾病建模聯系起來。探讨了構建肺細胞微流控模型所需的不同參數，以及它們在模拟吸煙、污染等外(wài)部因素引起的肺部疾病中(zhōng)的應用。強調了創建多器官芯片以建立更符合生(shēng)理學的模型的可能性。綜上，本文分(fēn)别針對體(tǐ)外(wài)肺模型的構建方法和以肺器官芯片開(kāi)發先進可靠的技術，從而分(fēn)析呼吸系統疾病的病理生(shēng)理學和篩選潛在的治療方法，提出了其研究前景。

Review: Advanced strategies in the application of gelatin-based bioink for extrusion bioprinting

Jirong Yang, Huimin He, Duo Li, Qian Zhang, Lizhi Xu & Changshun Ruan

DOI: 10.1007/s42242-023-00236-4 Downloaded: 238 Clicked: 259 Cited: 0 Commented: 0(p.586–608) <Full Text>

Chinese summary <3> 中(zhōng)國科學院阮長順等 | 推動明膠基生(shēng)物(wù)墨水應用于擠出式生(shēng)物(wù)打印的最新進展

本綜述論文主要聚焦于明膠基生(shēng)物(wù)墨水在克服可打印性、結構穩定性和細胞活性方面局限性的最新策略。合适的生(shēng)物(wù)墨水在擠出式生(shēng)物(wù)打印構建複雜(zá)組織中(zhōng)扮演着極其重要的角色。明膠是膠原蛋白(bái)的水解産物(wù)，不僅能模拟細胞外(wài)基質、支持細胞的功能，而且在一(yī)定條件下(xià)可以擠出成型，是公認地在擠出式生(shēng)物(wù)打印中(zhōng)最具有前景的生(shēng)物(wù)墨水之一(yī)。但明膠本身可打印性不高、形狀保真度和穩定性較差，同時力學強度不足。因此，開(kāi)發兼具良好打印性和生(shēng)物(wù)活性的明膠基生(shēng)物(wù)墨水以構建複雜(zá)的組織，并應用于特定的生(shēng)物(wù)醫學領域仍處于起步階段。本文全面系統地總結了明膠基生(shēng)物(wù)墨水在擠出式生(shēng)物(wù)打印中(zhōng)提高可打印性、實現複雜(zá)組織構建的物(wù)理和化學方法和策略。首先，總體(tǐ)概述了用于擠出式生(shēng)物(wù)打印明膠基生(shēng)物(wù)墨水需要滿足的性能和要求。其次，重點論述了明膠在克服可打印性、結構穩定性和細胞活性方面局限性的最新策略。在此基礎上，進一(yī)步探讨采用明膠基生(shēng)物(wù)墨水構建具有更好理化性能和生(shēng)物(wù)功能的複雜(zá)組織未來發展所面臨的挑戰和前景，爲開(kāi)發理想的明膠基生(shēng)物(wù)墨水提供參考和借鑒。

News & Views

News & Views: Pharmaceutical digital transformation in China: digital quality assurance takes the driver’s seat

Yuanyuan Ge, Meng Cao, Hui Cao, Bin Han, Jingchen Zhang, Zhengyu Yi, Yaowei Wu, Beifen Zhu, Keping Ruan, Yiyi Pu, Yi Zeng, Tongjing Tao, Zhenzhong Lyu, Hongmei Yuan & Guiliang Chen

DOI: 10.1007/s42242-023-00248-0 Downloaded: 209 Clicked: 230 Cited: 0 Commented: 0(p.609–615) <Full Text>

Chinese summary <3> 沈陽藥科大(dà)學袁紅梅、上海藥品審評核查中(zhōng)心陳桂良團隊 | 中(zhōng)國制藥業的數字化轉型：數字化質量保證嶄露頭角——“數字化轉型正當時”

本文聚焦中(zhōng)國制藥業的數字化轉型發展。随着自動化、物(wù)聯網（IoT）、人工(gōng)智能（AI）、大(dà)數據等數字技術的發展，數字化越來越成爲推動經濟社會發展的核心驅動力。生(shēng)物(wù)醫藥行業必須以數字化技術爲引領，科學創新、深入實踐，促進藥品安全治理體(tǐ)系共建共享、互聯互通，提高風險管理的預見性、靶向性、時效性。數字化質量保證（簡稱DQA）已逐步成爲藥品生(shēng)命周期風險管理鏈條中(zhōng)最關鍵的步驟之一(yī)。在大(dà)量文獻綜述、問卷調查和專家共識的基礎上，上海藥品審評核查中(zhōng)心連同行業專家共同商(shāng)讨制定《藥品生(shēng)産數字化質量保證技術要求》。該标準是我(wǒ)國藥品數字化方面的首個團體(tǐ)标準，标準首次明确了DQA的概念和技術要求，填補了國内藥品數字化領域空白(bái)。DQA作爲一(yī)種自動化的GMP符合性評估工(gōng)具，對主導GMP數字化具有重要的現實意義，可以加快國内醫藥行業的高質量現代化發展，有利于更加精準而且自動化的事前預警、事中(zhōng)控制、事後分(fēn)析評價，對藥品質量風險防控具有積極意義。該标準執行企業應用标準的實施成效顯著，于2022年12月被收載爲“上海标準”。