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.6 P.617-741

Cover:

<156>

<<< CONTENTS >>>

Review

Biomanufacturing in Japan: frontier research from 2018 to 2023

Qing Cao, Yangqianhui Zhang, Runyi Deng, Kai Ren, Huayong Yang & Dong Han

DOI: 10.1007/s42242-023-00261-3 Downloaded: 3980 Clicked: 251 Cited: 0 Commented: 0(p.617-645) <Full Text> <PPT> 106

Chinese summary <8> 浙大(dà)機院韓冬等|日本生(shēng)物(wù)制造前沿研究-2018-2023

本綜述論文聚焦近5年日本在生(shēng)物(wù)制造領域的最新研究進展。生(shēng)物(wù)制造（BM）是一(yī)個跨學科領域，它利用生(shēng)物(wù)體(tǐ)的特性和工(gōng)程學原理，生(shēng)産可用于醫藥、能源、環境等領域的高附加值産品。在過去(qù)的二十年裏，BM經曆了一(yī)個顯著的轉變，進入了4.0時代，并成爲可持續革命的關鍵驅動力。值得注意的是，日本在BM上取得了重大(dà)進展，包括新型材料、先進工(gōng)藝和多學科上的應用等。然而，由于某些發展政策的原因，相關研究尚未在國際上得到廣泛關注。在本綜述中(zhōng)，我(wǒ)們全面概述了日本著名實驗室和學者在生(shēng)物(wù)醫用材料、生(shēng)物(wù)3D打印和生(shēng)物(wù)醫學應用方面的研究進展。同時，也指出了目前日本BM存在的挑戰和前景。本文提出的觀點旨在爲後續研究學者提供有價值的參考。

Design and realization of lung organoid cultures for COVID-19 applications

Bing Ren, Tryanni R. Chiaravalloti, Nadine L. Belony, Diana I. Romero, Wenxuan Chai, Christopher Leon, Lizi Wu, Nazarius S. Lamango, Ite A. Offringa & Yong Huang

DOI: 10.1007/s42242-023-00255-1 Downloaded: 163 Clicked: 196 Cited: 0 Commented: 0(p.646-660) <Full Text>

Chinese summary <5> 佛羅裏達大(dà)學Yong Huang等 | 面向COVID-19的肺類器官的設計與實現

本綜述論文聚焦面向COVID-19的肺類器官的設計與實現。新冠疫情（COVID-19）在全球蔓延并威脅到公共衛生(shēng)安全。能夠表現特定組織和器官的結構和功能的先進體(tǐ)外(wài)模型對于 COVID-19 相關病理學研究和藥物(wù)篩查的需求量很大(dà)。三維體(tǐ)外(wài)培養組，如自組裝和組織工(gōng)程類器官培養組，在增加細胞複雜(zá)性、構建人體(tǐ)内更類似的環境和降低成本方面，均超越了傳統的二維培養和動物(wù)模型，因此它們是了解病毒發病機制和開(kāi)發新療法的有前途的平台。本綜述重點介紹了用于COVID-19研究的自組裝和工(gōng)程類器官技術的最新進展，并讨論了其挑戰和未來前景。

The prospects for bioprinting tumor models: recent advances in their applications

Changru Zhang, Xiaoqin Qiu, Yu Dai, Weiqing Kong, Yihao Liu, Haoyi Niu, Chengwei Wang, Xuelian Mi, Hui Wang, Ya Ren, Han Yang, Kerong Dai & Jinwu Wang

DOI: 10.1007/s42242-023-00247-1 Downloaded: 200 Clicked: 217 Cited: 0 Commented: 0(p.661-675) <Full Text>

Chinese summary <6> 上海交通大(dà)學醫學院附屬九院王金武教授等 | 生(shēng)物(wù)打印腫瘤模型的最新應用進展與前景

本綜述論文聚焦生(shēng)物(wù)打印腫瘤模型的最新應用進展與前景。從患者來源的腫瘤細胞制備的三維（3D）腫瘤模型已被報道能夠在體(tǐ)外(wài)模拟原位腫瘤的一(yī)些生(shēng)物(wù)發展過程。這些3D腫瘤模型與體(tǐ)内腫瘤具有幾個重要的共同特征。因此，它們在腫瘤建模、腫瘤藥物(wù)篩選和精準靶向腫瘤治療方面具有很大(dà)的應用前景。然而，腫瘤模型的建立面臨着一(yī)些挑戰，包括尺度大(dà)小(xiǎo)的提升、可重複性、時間和空間上的精确結構、血管化和腫瘤微環境。最近，生(shēng)物(wù)打印技術使得細胞、因子和材料的編輯性排列得以改善，進而提升腫瘤模型在體(tǐ)外(wài)的模拟效果。在3D生(shēng)物(wù)打印的腫瘤模型中(zhōng)，類器官模型因其保持高度異質性和模拟腫瘤組織發展過程的優勢而受到廣泛關注。在本綜述中(zhōng)，我(wǒ)們概述了腫瘤模型生(shēng)物(wù)打印的方法和潛在前景，并讨論了腫瘤模型構建中(zhōng)現有的生(shēng)物(wù)打印技術和生(shēng)物(wù)墨水。腫瘤病理學、分(fēn)子生(shēng)物(wù)學、材料科學和增材制造的多學科結合将有助于克服腫瘤模型構建的障礙，通過考慮體(tǐ)外(wài)模型的結構和功能特點，推動異質性腫瘤精準治療的發展。

Research Article

Polyvinylpyrrolidone-based bioink: influence of bioink properties on printing performance and cell proliferation during inkjet-based bioprinting

Wei Long Ng, Xi Huang, Viktor Shkolnikov, Ratima Suntornnond & Wai Yee Yeong

DOI: 10.1007/s42242-023-00245-3 Downloaded: 250 Clicked: 262 Cited: 0 Commented: 0(p.676-690) <Full Text>

Chinese summary <7> 南(nán)洋理工(gōng)大(dà)學Wei Long Ng | 聚乙烯吡咯烷酮生(shēng)物(wù)墨水：基于噴墨的生(shēng)物(wù)打印過程中(zhōng)生(shēng)物(wù)墨水特性對打印性能和細胞增殖的影響

本研究論文聚焦基于噴墨的生(shēng)物(wù)打印過程中(zhōng)生(shēng)物(wù)墨水特性對打印性能和細胞增殖的影響。在生(shēng)物(wù)打印技術中(zhōng)，基于按需（DOD）形成液滴的生(shēng)物(wù)打印方法可以實現微升/納升的載細胞液滴的非接觸式沉積，從而促進細胞-基質和細胞-細胞之間的相互作用。盡管生(shēng)物(wù)墨水在打印過程中(zhōng)起着至關重要的作用，但研究者對于生(shēng)物(wù)墨水對打印性能（液滴拉伸，衛星液滴的形成以及液滴濺射）和細胞健康（存活率和增殖）的影響仍是知(zhī)之甚少的。本研究中(zhōng)使用惰性聚乙烯吡咯烷酮（PVP360，摩爾質量360 kDa）聚合物(wù)來調節生(shēng)物(wù)墨水的物(wù)理特性，并借此研究生(shēng)物(wù)墨水特性對打印質量和細胞健康的影響。實驗結果表明生(shēng)物(wù)墨水的粘彈性有助于穩定絲從噴嘴處的斷裂過程。高度拉伸的絲導緻了排列整齊的衛星液滴的形成，最大(dà)限度地減少了衛星液滴相對預定位置的偏移。其次，生(shēng)物(wù)墨水的粘度在避免了液滴濺射的同時顯著提高促進了液滴在濕基底的沉積精度。進一(yī)步分(fēn)析表明高粘度的含細胞生(shēng)物(wù)墨水由于爲載細胞液滴撞擊基底表面時提供額外(wài)緩沖（更高的能量消耗），而展示出較高的細胞存活率和細胞增殖能力。了解生(shēng)物(wù)墨水的特性（如生(shēng)物(wù)墨水的粘彈性和粘度）對打印性能和細胞增殖的影響對新型生(shēng)物(wù)墨水的研發至關重要，我(wǒ)們已經展示了基于活細胞的精準DOD沉積，并利用簡便的方式制備了含有多細胞體(tǐ)積可調（nL–µL）的細胞球。

Rapid printing of 3D porous scaffolds for breast reconstruction

Pengcheng Zhao, Biling Wang, Lu Wang, Zexin Fu, Jun Hu, Yande Liu, Ji Wang & Yong He

DOI: 10.1007/s42242-023-00253-3 Downloaded: 212 Clicked: 235 Cited: 0 Commented: 0(p.691-703) <Full Text>

Chinese summary <6> 浙江省人民醫院吳溯帆、浙江大(dà)學賀永團隊 | 生(shēng)物(wù)3D打印在乳房重建中(zhōng)的探索

本研究論文聚焦于将3D打印多孔假體(tǐ)與脂肪膠（SVF-gel）結合應用于乳房重建。乳腺癌是全球女性中(zhōng)最常見的癌症，占所有女性癌症的三分(fēn)之一(yī)。大(dà)部分(fēn)女性選擇了全乳房切除手術治療，這種方式可能會讓她們産生(shēng)焦慮和抑郁，而乳房重建則可以改善乳房缺失女性的心理、身體(tǐ)和性健康。目前，乳房切除術後乳房重建的主要方式是自體(tǐ)脂肪填充和假體(tǐ)再造。其中(zhōng)，自體(tǐ)脂肪填充需要大(dà)量的脂肪，以及它的流動性較大(dà)導緻乳房塑形相對困難，這需要外(wài)科醫生(shēng)豐富的經驗才能做到。而另一(yī)種乳房重建的方法就是假體(tǐ)再造，假體(tǐ)較自體(tǐ)脂肪具有更好的塑形能力以及可定制化，但這種方式對生(shēng)物(wù)材料的依賴性較大(dà)。本研究提供了一(yī)種生(shēng)物(wù)相容性良好的生(shēng)物(wù)墨水組合（PEGDA&F127DA），使用投影式生(shēng)物(wù)3D打印工(gōng)藝制造出多孔的假體(tǐ)。該假體(tǐ)表現出類似自然乳房的模量以及良好的生(shēng)物(wù)相容性。同時将植入了SVF-gel的假體(tǐ)植入到裸鼠體(tǐ)内的觀察結果發現，該方法運用了自體(tǐ)脂肪和假體(tǐ)的優勢，達到了乳房重建的效果。相信在不久的将來，這種結合假體(tǐ)再造和自體(tǐ)脂肪填充的方式将在乳房重建中(zhōng)有較好的應用場景。

Highly specific characterization and discrimination of monosodium urate crystals in gouty arthritis based on aggregation-induced emission luminogens

Wenjuan Wang, Guiquan Zhang, Ziyi Chen, Hanlin Xu, Bohan Zhang, Rong Hu, Anjun Qin & Yinghui Hua

DOI: 10.1007/s42242-023-00252-4 Downloaded: 211 Clicked: 246 Cited: 0 Commented: 0(p.704-717) <Full Text>

Chinese summary <3> 複旦大(dà)學附屬華山醫院華英彙&華南(nán)理工(gōng)大(dà)學秦安軍課題組聯合發表 | 基于聚集誘導發光技術高度特異性識别痛風性關節炎中(zhōng)的尿酸鈉晶體(tǐ)

本研究論文聚焦基于聚集誘導發光技術高度特異性識别痛風性關節炎中(zhōng)的尿酸鈉晶體(tǐ)。目前，國内外(wài)用于診斷痛風性關節炎的技術具有操作複雜(zá)、靈敏度較低的局限性，本研究目的是利用聚集誘導發光（AIE）技術探索高度特異性識别尿酸鈉（MSU）晶體(tǐ)的探針分(fēn)子，并協助痛風性關節炎的臨床診斷。首先，基于MSU晶體(tǐ)結構的獨特性，7種TPE探針被設計。它們分(fēn)别與标準樣品MSU晶體(tǐ)混合後，通過共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）對每種混合樣品進行熒光成像，TPE-Ketoalkyne被篩選爲熒光成像效果最佳的AIE探針。此探針被用于MSU晶體(tǐ)、羟基磷灰石（HAP）晶體(tǐ)和MSU/HAP等比例混合樣品的CLSM成像。結果顯示TPE-Ketoalkyne可以快速、高效地标記MSU晶體(tǐ)，并且能夠特異性區分(fēn)MSU和HAP晶體(tǐ)，同時其良好的生(shēng)物(wù)安全性被驗證。此外(wài)，與金标準補償偏振光顯微鏡（CPLM）成像方法相比，TPE-Ketoalkyne探針标記樣本後的熒光成像操作更爲簡便，隻需根據紫外(wài)光照射下(xià)的樣本有無熒光聚集發光現象即可判斷。最後，研究進一(yī)步通過CLSM時間序列和三維體(tǐ)外(wài)成像驗證了TPE-Ketoalkyne動态标記痛風性關節炎患者關節中(zhōng)MSU晶體(tǐ)的過程。總的來說，我(wǒ)們發現了AIE探針分(fēn)子TPE-Ketoalkyne可以高度特異性标記MSU晶體(tǐ)并且輔助痛風性關節炎的診斷，同時可能爲未來MSU晶體(tǐ)相關疾病的研究提供幫助。

Accelerated fracture healing by osteogenic Ti45Nb implants through the PI3K–Akt signaling pathway

Jia Tan, Jiaxin Li, Zhaoyang Ran, Junxiang Wu, Dinghao Luo, Bojun Cao, Liang Deng, Xiaoping Li, Wenbo Jiang, Kai Xie, Lei Wang & Yongqiang Hao

DOI: 10.1007/s42242-023-00250-6 Downloaded: 228 Clicked: 261 Cited: 0 Commented: 0(p.718-734) <Full Text>

Chinese summary <5> 上海交通大(dà)學醫學院附屬九院郝永強教授團隊 | 具有促成骨活性的Ti45Nb植入物(wù)通過影像PI3K-Akt信号通路來加速骨折愈合

本研究論文聚焦Ti45Nb植入物(wù)對骨愈合的積極作用。骨折治療的關鍵是穩定的内固定，目前，我(wǒ)們亟需一(yī)個兼具生(shēng)物(wù)學活性與适合機械強度的固定裝置。钛铌合金因其出色的生(shēng)物(wù)相容性和耐腐蝕性而受到關注，被視爲新型骨折固定材料的有力候選者。不過，關于其在骨折愈合中(zhōng)的具體(tǐ)效應和作用機制，我(wǒ)們尚缺乏深入了解。爲此，我(wǒ)們針對Ti45Nb進行了一(yī)系列的實驗評估。在體(tǐ)外(wài)實驗中(zhōng)，Ti45Nb展現了優越的細胞相容性，能夠促進MC3T3-E1細胞的粘附和增殖，且不具細胞毒性。對比Ti6Al4V，它更能推動MC3T3-E1細胞向成骨細胞分(fēn)化。此外(wài)，關鍵骨相關基因和蛋白(bái)在Ti45Nb的影響下(xià)表達增強，尤其是PI3K-Akt相關蛋白(bái)，暗示Ti45Nb通過調控該信号路徑來促進骨愈合。在體(tǐ)内實驗中(zhōng)，Ti45Nb組對比Ti6Al4V組顯示出更快的骨折愈合速度，同時還證實了其良好的生(shēng)物(wù)兼容性。免疫組化分(fēn)析進一(yī)步證實了Ti45Nb通過調節PI3K-Akt信号來促進骨生(shēng)成。總的來說，我(wǒ)們的發現證實了Ti45Nb在骨愈合中(zhōng)的積極作用，尤其是它激活的PI3K-Akt信号路徑，有巨大(dà)的臨床應用轉化前景

Editorial

What’s next toward the bio-design and manufacturing field?

Liang Ma & Huayong Yang

DOI: 10.1007/s42242-023-00260-4 Downloaded: 134 Clicked: 220 Cited: 0 Commented: 0(p.735-741) <Full Text>

Chinese summary <5> What’s next toward the bio-design and manufacturing field？

依托浙江大(dà)學創辦的英文期刊Bio-Design and Manufacturing（BDM）爲學術交流平台的第三屆國際生(shēng)物(wù)設計與制造，生(shēng)物(wù)材料國際大(dà)會（BDMC2023）于2023年8月6日-8日在新加坡成功召開(kāi)。BDM的主編、本屆大(dà)會主席浙江大(dà)學機械工(gōng)程學院楊華勇院士，邀請了新加坡國立大(dà)學葛樹(shù)志(zhì)院士、新加坡南(nán)洋理工(gōng)大(dà)學Paulo Bartolo教授、英國牛津大(dà)學英國皇家工(gōng)程院崔占峰院士（BDM的共同主編）以及新加坡科技設計大(dà)學Chee Kai Chua教授爲本次大(dà)會的共同主席。本次大(dà)會由浙江大(dà)學主辦，并得到了承辦方新加坡國立大(dà)學、新加坡南(nán)洋理工(gōng)大(dà)學以及International Journal of Bioprinting（IJB）雜(zá)志(zhì)的大(dà)力支持。來自12個國家（新加坡、中(zhōng)國、美國、英國、印度、葡萄牙、德國、沙特、阿聯酋、奧地利、波蘭、新西蘭）、64所高校和科研院所以及5家醫院的160餘位醫工(gōng)交叉領域的專家學者以及年輕的博後和博士生(shēng)，在三天高強度的學術信息刺激中(zhōng)，每位參會者都感到緊張、興奮而愉悅，似乎都被BDMC2023豐厚的學術盛宴和濃郁的文化氣息融化，這種氛圍一(yī)直延續到8日下(xià)午6點閉幕的最後一(yī)刻。