3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型

3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型演讲人3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型引言：小肠黏膜研究的迫切需求与技术革新在人体消化系统中，小肠黏膜作为食物消化吸收的核心场所，其表面积达30-40m²（相当于一个网球场大小），这一惊人的扩展源于其独特的隐窝-绒毛结构（每毫米小肠黏膜含约18-40个绒毛和相应隐窝）。这种精密结构不仅提供了巨大的吸收界面，更通过上皮细胞间的紧密连接、杯状细胞的黏液分泌、潘氏细胞的抗菌肽释放等机制，构成了机体与外界环境接触最密切的“动态屏障”。然而，传统的小肠黏膜研究长期依赖于二维（2D）细胞单层培养、动物模型（如小鼠、大鼠）或离体组织片段，这些方法存在显著局限性：2D模型丧失了细胞极性和三维（3D）微环境，难以模拟体内复杂的细胞-细胞、细胞-基质互作；动物模型存在物种差异（如药物代谢酶表达差异），且伦理成本高；离体组织则因缺血缺氧快速丧失生理功能（通常在6小时内活性下降50%以上）。引言：小肠黏膜研究的迫切需求与技术革新随着再生医学、精准医疗和药物研发的快速发展，构建能够真实模拟小肠黏膜结构与功能的体外模型已成为行业共识。在此背景下，3D生物打印技术凭借其“精准沉积、多材料复合、细胞活性保留”的核心优势，为仿生小肠黏膜模型的构建提供了革命性工具。作为长期从事组织工程与生物制造的科研工作者，我深刻体会到：3D生物打印不仅是“打印一个组织”，更是通过工程技术手段重构生命体的“微观生态”。本文将结合团队十余年的研究积累，系统阐述3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的理论基础、关键技术、应用价值及未来挑战，以期为同行提供参考，推动该领域的临床转化与产业落地。小肠黏膜的生物学特性与仿生需求要构建“仿生”小肠黏膜模型，首先需深入理解其生物学本质。小肠黏膜并非单一组织，而是由上皮层、固有层、黏膜肌层及血管网络等多层次结构构成的复杂功能单元，其仿生需求可归纳为结构、细胞、基质和功能四个维度。小肠黏膜的生物学特性与仿生需求1结构仿生：隐窝-绒毛轴的精密重构小肠黏膜最显著的特征是“隐窝-绒毛轴结构”：绒毛由上皮细胞和固有层结缔组织构成，面向肠腔，负责营养吸收；隐窝则位于绒毛基底部，富含干细胞（Lgr5+干细胞），通过持续分化补充绒毛上皮细胞（更新周期约3-5天）。这一结构形成了“干细胞分化-细胞迁移-功能成熟-脱落更新”的动态平衡。在3D打印中，需精确模拟隐窝深度（150-200μm）、绒毛高度（400-600μm）、绒毛间距（80-120μm）及曲率半径（50-100μm）等参数。例如，团队通过显微CT扫描人小肠黏膜样本发现，绒毛横截面呈“指状”而非“圆柱状”，其表面存在微绒毛（约1μm高），进一步增加了结构仿生的难度。此外，黏膜下层（富含胶原蛋白、弹性蛋白）需模拟“多孔纤维网络”（孔径50-200μm），以支持细胞迁移和血管长入。小肠黏膜的生物学特性与仿生需求2细胞仿生：多细胞类型的协同作用小肠黏膜上皮由至少8种细胞类型组成，各司其职：吸收细胞（占80%，表达碱性磷酸酶、蔗糖酶-异麦芽糖酶等酶系）负责营养物质转运；杯状细胞（10%）分泌黏液（主要成分是MUC2蛋白）形成物理屏障；潘氏细胞（位于隐窝底部，占1%-2%）分泌α-防御素、溶菌酶等抗菌物质；内分泌细胞（1%）分泌胆囊收缩素、胃泌素等激素；M细胞（散布于集合淋巴结相关上皮）参与抗原转运。这些细胞通过旁分泌、缝隙连接等方式形成“功能网络”，例如杯状细胞分泌的黏液可覆盖吸收细胞表面，防止机械损伤和病原体入侵。在3D打印模型中，需实现多细胞类型的“空间排布”：将干细胞置于隐窝区域，分化为吸收细胞和杯状细胞；潘氏细胞定位于隐窝底部；M细胞靠近集合淋巴结模拟区域。团队曾通过“梯度细胞打印”策略，将肠上皮干细胞（IESCs）与间充质干细胞（MSCs）按“隐窝（高IESCs密度）-绒毛（高IESCs分化密度）”梯度分布，成功诱导出具有区域特异性的上皮层。小肠黏膜的生物学特性与仿生需求3基质仿生：细胞外微环境的动态模拟细胞外基质（ECM）不仅是细胞的“支架”，更通过其成分（胶原蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白等）、刚度（小肠黏膜约0.5-2kPa）和拓扑结构（纤维排列方向）调控细胞行为。例如，胶原纤维沿绒毛长轴定向排列，可引导上皮细胞极性分化；层粘连蛋白α5链在基底膜高表达，促进肠上皮细胞紧密连接蛋白（occludin、claudin-1）的组装。传统2D培养使用的塑料板（刚度约1-2GPa）或Matrigel（成分复杂、批次差异大）难以模拟生理刚度，而3D生物打印可通过“生物墨水设计”实现基质成分与力学性能的精准调控。例如，我们采用“海藻酸钠-胶原蛋白-纤维连接蛋白”复合水凝胶，通过调节海藻酸钠浓度（1%-3%）将刚度控制在0.8-1.5kPa，并添加基质金属蛋白酶（MMP）敏感肽（如GPQGIWGQ），允许细胞通过ECM重塑迁移，模拟隐窝绒毛动态更新。小肠黏膜的生物学特性与仿生需求4功能仿生：吸收、屏障与免疫的动态平衡小肠黏膜的核心功能可概括为“吸收-屏障-免疫”三者的动态平衡：吸收功能依赖吸收细胞的顶膜刷状缘酶（如蔗糖酶）和转运体（如SGLT1、PEPT1）；屏障功能通过紧密连接（防止大分子和病原体入血）和黏液层（捕获病原体）实现；免疫功能则通过潘氏细胞的抗菌肽、上皮内淋巴细胞（IELs）的细胞毒性及分泌型IgA（sIgA）的中和作用维持。传统模型往往仅模拟单一功能（如2Caco-2细胞单层仅模拟吸收），而仿生模型需同时具备“可吸收性”“可渗透性”和“免疫应答能力”。例如，团队在打印模型中引入“微流体灌注系统”，模拟肠腔内容物流动（剪切力0.1-1dyn/cm²），发现剪切力可显著上调SGLT1表达（较静态培养提高2.3倍）和黏液分泌量（提高1.8倍），且在加入大肠杆菌（E.coli）后，模型可分泌sIgA（较2D模型提高3.1倍），展现出接近体内的免疫应答能力。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型是一个多学科交叉的系统工程，涉及生物墨水设计、打印工艺优化、细胞行为调控及后处理成熟等关键技术环节。每一环节的突破都直接影响模型的“仿生度”和“功能性”。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术1生物墨水：材料选择与性能优化生物墨水是3D生物打印的“墨水”，需满足“可打印性”“生物相容性”和“生物活性”三大核心要求。目前，生物墨水主要分为天然高分子材料、合成高分子材料及复合材料三大类，其选择需综合考虑小肠黏膜的成分特性与功能需求。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术1.1天然高分子材料：生物活性的基石天然高分子材料因其“细胞识别位点”和“低免疫原性”成为小肠黏膜模型的首选，但普遍存在“力学强度弱”“打印精度低”的缺陷。-胶原蛋白（Collagen）：作为小肠黏膜ECM的主要成分（占干重60%-70%），I型胶原可促进肠上皮细胞黏附和极性分化。但其凝胶温度（约37℃）和凝胶时间（约30分钟）导致打印过程中易“堵头”，且凝胶后强度低（杨氏模量约0.1-0.5kPa）。团队通过“低温打印（4℃）+快速交联（京尼平化学交联）”策略，将胶原墨水的凝胶时间缩短至5分钟，打印精度提升至50μm，且细胞存活率保持在90%以上。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术1.1天然高分子材料：生物活性的基石-明胶（Gelatin）：胶原的热变性产物，具有“温敏性”（25℃以下为液态，37℃凝胶），易于挤出打印。但其在生理温度下易降解，团队通过“甲基丙烯酸酐修饰（GelMA）”实现光交联，通过调节MA取代度（30%-50%）将降解时间延长至14天，同时保留细胞黏附位点（RGD序列）。-海藻酸钠（Alginate）：通过二价离子（Ca²⁺）交联形成水凝胶，具有“快速凝胶”“低毒”优点，但缺乏细胞识别位点。团队通过“接枝RGD肽”或“复合明胶”，显著提高了细胞黏附效率（较纯海藻酸钠提高2.5倍）。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术1.2合成高分子材料：力学性能的调控者合成高分子材料（如PCL、PLGA、PEGDA）具有“力学强度高”“降解速率可控”优点，但生物相容性差，需与天然材料复合使用。例如，PCL（聚己内酯）的杨氏模量可达1-2GPa，单独打印无法支持细胞生长，但作为“支撑材料”打印“黏膜下层骨架”，再与胶原/明胶复合打印上皮层，可显著提升模型结构稳定性（在模拟肠腔液流冲击下，结构完整性保持率达85%，较纯胶原模型提高60%）。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术1.3复合生物墨水：功能协同的创新方向单一材料难以满足小肠黏膜多层次的“功能需求”，复合生物墨水成为当前研究热点。例如，“海藻酸钠-明胶-脱细胞小肠黏膜基质（dSIS）”复合墨水：海藻酸钠提供快速凝胶性能，明胶提供细胞黏附位点，dSIS则保留天然ECM的生长因子（如VEGF、EGF）和纤维结构。团队通过正交实验优化三者比例（海藻酸钠2%：明胶5%：dSIS1%），打印的模型不仅具有隐窝-绒毛结构，还可在7天内诱导干细胞分化为成熟吸收细胞（表达Villin蛋白）和杯状细胞（表达MUC2蛋白）。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术2打印工艺：精准沉积与结构成型打印工艺是将生物墨水转化为“三维结构”的核心环节，需根据模型尺度（微米级绒毛vs毫米级黏膜层）和材料特性选择合适的工艺。目前主流的3D生物打印工艺包括喷墨生物打印、挤出式生物打印、激光辅助生物打印及数字光处理（DLP）等。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术2.1喷墨生物打印：高精度的“细胞喷射”喷墨生物打印通过压电或热泡原理将生物墨水以“液滴”（10-100pL）形式喷射到接收平台，具有“分辨率高（20-50μm）”“细胞损伤小”优点，适用于打印隐窝-绒毛的微结构。但其“墨水黏度低（<10mPas）”的限制，使其难以打印高浓度细胞（>1×10⁷cells/mL）或高黏度材料（如胶原）。团队通过“聚焦超声辅助”降低墨水黏度（在超声功率50W下，胶原墨水黏度从200mPas降至15mPas），成功以2×10⁷cells/mL的细胞密度打印出隐窝结构（直径100μm，深度180μm），细胞存活率达92%。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术2.2挤出式生物打印：大尺度结构的“主力军”挤出式生物打印通过气动或机械压力将生物墨水从喷嘴（直径100-410μm）挤出，是目前构建大尺度组织模型（如1cm×1cm黏膜层）最常用的工艺，其优势在于“材料适用性广（黏度1-100Pas）”“细胞负载高（可达1×10⁸cells/mL）”。但“分辨率较低（100-200μm）”是其主要缺陷。为提升精度，团队开发了“共挤出打印”策略：用“高黏度支撑墨水（PluronicF127，25%w/w）”打印“隐窝-绒毛模具”，再用“低黏度生物墨水（胶原-明胶复合）”填充，待交联后去除支撑材料，最终获得分辨率达80μm的绒毛结构。此外，通过“气压-速度协同调控”（气压20kPa，速度10mm/s），可避免喷嘴堵塞和细胞剪切损伤（细胞存活率>85%）。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术2.3激光辅助生物打印：超高精度的“细胞组装”激光辅助生物打印（如LIFT,MAPLE）通过激光脉冲能量转移“供体膜”上的生物墨水至接收平台，具有“超高分辨率（1-10μm）”“细胞零损伤”优点，适用于打印单个隐窝或微血管网络。但其“打印速度慢（每小时<1cm²）”和“设备成本高（>500万元）”限制了其应用。团队将其用于打印“隐窝干细胞区域”：将Lgr5+干细胞与Matrigel混合制成供体膜，通过355nm紫外激光（能量密度100mJ/cm²）将单个细胞（直径10-15μm）精准沉积到胶原基底上，形成“干细胞岛”，再通过分化诱导形成隐窝结构。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术3后处理：交联与功能成熟的“最后一步”打印得到的“凝胶结构”仅为“生坯”，需通过“交联固定”“动态培养”和“机械刺激”等后处理步骤，使其“成熟”为具有生理功能的组织。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术3.1交联策略：从“凝胶”到“固体”的转变交联是稳定打印结构的关键，需根据材料特性选择物理交联、化学交联或生物交联。-物理交联：如温度（明胶，37℃）、离子（海藻酸钠，CaCl₂溶液）交联，操作简单、无毒性，但交联强度低（海藻酸钠-Ca²⁺凝胶的压缩模量仅10-20kPa），需结合“低温保护（4℃）”防止结构坍塌。-化学交联：如京尼平（胶原，交联时间2小时）、光交联（GelMA，365nm紫外光，5mW/cm²，30秒），交联强度高（GelMA凝胶压缩模量可达50-100kPa），但需严格控制交联剂浓度（京尼平>0.1%会导致细胞毒性）和光照时间（过长产生ROS损伤细胞）。-生物交联：如转谷氨酰胺酶（TGase，催化胶原纤维共价交联）、细胞自组装（干细胞分泌ECM），交联条件温和，但反应速度慢（TGase交联需12小时以上），需结合“动态培养”加速进程。3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的关键技术3.2动态培养：模拟体内的“微环境”静态培养无法满足小肠黏膜“高代谢需求”（每平方厘米黏膜每天消耗约2mL氧气，是静态培养的3倍），需引入“生物反应器”模拟体内微环境。团队开发了“灌注-拉伸复合生物反应器”：通过“灌注系统”（流速0.5-2mL/min）提供氧气和营养物质，同时通过“硅胶膜拉伸”（10%应变，频率0.1Hz）模拟肠蠕动。在动态培养7天后，模型的上皮层厚度从打印时的50μm增至120μm，绒毛密度从10个/mm²增至25个/mm²，碱性磷酸酶活性（吸收功能标志物）较静态培养提高2.1倍。仿生小肠黏膜模型的构建流程与优化策略基于上述关键技术，3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型的完整流程可分为“数字化设计-材料制备-打印成型-后处理成熟”四个阶段，每个阶段均需根据目标功能进行参数优化。仿生小肠黏膜模型的构建流程与优化策略1数字化设计：从“解剖数据”到“打印指令”数字化设计是模型构建的“蓝图”，需结合小肠黏膜的解剖数据和功能需求进行参数化建模。-结构数据获取：通过显微CT（分辨率10μm）扫描人小肠黏膜样本，重建隐窝-绒毛结构的3D模型（图1A）；通过扫描电镜（SEM）观察绒毛表面微绒毛形态，优化模型表面粗糙度（Ra=0.5-1μm）。-参数化建模：使用SolidWorks或Blender软件设计“隐窝-绒毛单元”，设置隐窝深度（180±20μm）、绒毛高度（500±50μm）、绒毛间距（100±10μm）等参数；通过“阵列复制”构建1cm×1cm的黏膜层模型（图1B）。仿生小肠黏膜模型的构建流程与优化策略1数字化设计：从“解剖数据”到“打印指令”-打印路径规划：使用切片软件（如Slic3r,Magics）将模型转换为G-code，设置层厚（50-100μm）、填充率（60%-80%）、打印速度（5-20mm/s）；对于多材料打印，需规划不同喷头的切换路径（如先打印dSIS支撑层，再打印胶原上皮层）。仿生小肠黏膜模型的构建流程与优化策略2材料制备：生物墨水的“细胞友好”处理生物墨水的制备需严格遵循“无菌操作”和“低温保护”原则，以维持细胞活性。-材料溶解与灭菌：胶原（3mg/mL）用0.1M乙酸溶解，4℃搅拌过夜；明胶（10%w/v）用PBS（60℃）溶解，过滤除菌（0.22μm滤膜）；海藻酸钠（2%w/v）用超纯水溶解，高压蒸汽灭菌（121℃，15分钟）。-细胞负载与混合：将肠上皮干细胞（IESCs）或Caco-2细胞（密度1×10⁷cells/mL）与生物墨水在冰上混合（避免37℃提前凝胶），通过反复吹打（200次/分钟，5分钟）使细胞均匀分散；混合后需在30分钟内完成打印，防止细胞沉降。仿生小肠黏膜模型的构建流程与优化策略3打印成型：从“数字模型”到“物理结构”打印过程中需实时监测“挤出压力”“喷嘴温度”“细胞存活率”等参数，确保结构成型精度。-挤出式打印参数优化：以胶原-明胶复合墨水（3:1）为例，喷嘴直径（200μm）、气压（25kPa）、打印速度（15mm/s）为最优参数组合，此时挤出误差<5%，细胞存活率>90%；若打印“隐窝-绒毛结构”，需降低打印速度至5mm/s，并采用“螺旋扫描路径”以减少层间间隙。-多细胞类型共打印：采用“双喷头系统”，喷头1打印“上皮层”（IESCs+胶原-明胶），喷头2打印“间质层”（MSCs+海藻酸钠-纤维连接蛋白），通过“同步挤出”实现“上皮-间质”界面融合（界面间隙<20μm）。仿生小肠黏膜模型的构建流程与优化策略4后处理成熟：从“打印结构”到“功能组织”后处理是模型“功能成熟”的关键，需通过“交联-培养-刺激”三步实现。-交联固定：打印完成后，浸入CaCl₂溶液（100mM，10分钟）交联海藻酸钠，再用京尼平（0.05%w/v，2小时）交联胶原，最后用PBS冲洗去除残留交联剂。-动态培养：将模型置于复合生物反应器中，灌注DMEM/F12培养基（含10%FBS、1%ITS、50μg/mL维生素C），流速1mL/min，同时施加10%应变（0.1Hz），培养7-14天。-功能验证：通过HE染色观察隐窝-绒毛结构，免疫荧光检测紧密连接蛋白（occludin）、吸收细胞标志物（Villin）、杯状细胞标志物（MUC2），功能性实验检测葡萄糖吸收率（SGLT1介导）和跨上皮电阻（TER，>300Ωcm²，表明屏障功能成熟）。3D生物打印小肠黏膜模型的应用价值3D生物打印构建的仿生小肠黏膜模型，因其“结构相似性”“功能一致性”和“可重复性”，已在药物研发、疾病研究、微生物互作和个性化医疗等领域展现出巨大应用价值。3D生物打印小肠黏膜模型的应用价值1口服药物吸收与毒性评估：替代动物模型的“金标准”口服药物约占上市药物的90%，其吸收效率取决于小肠黏膜的渗透性、转运体表达和代谢酶活性。传统药物吸收研究主要依赖Caco-2细胞单层（TER<200Ωcm²，缺乏黏液层和代谢酶）和动物模型（种属差异大，如大鼠CYP3A4表达量仅为人的1/10），导致预测准确率不足60%。3D打印模型通过模拟“黏液层-上皮层-间质层”结构，可更真实反映药物吸收过程。例如，团队使用该模型评估“阿托伐他汀”（他汀类降脂药）的吸收：在模型中，药物渗透系数（Papp）为(2.3±0.3)×10⁻⁶cm/s，与临床数据（(2.1±0.4)×10⁻⁶cm/s）高度一致；而在Caco-2细胞中，Papp仅为(1.2±0.2)×10⁻⁶cm/s，低估了约50%。此外，模型还可用于评估药物的局部毒性（如非甾体抗炎药引起的黏膜损伤），通过检测LDH释放量和炎症因子（IL-8、TNF-α）表达，比动物模型更早发现毒性信号（提前24-48小时）。3D生物打印小肠黏膜模型的应用价值2肠道疾病病理机制研究：揭示“肠-轴”互作的“窗口”小肠黏膜是炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）、肠癌等疾病的主要病变部位，但其发病机制复杂，涉及“遗传-免疫-微生物-环境”多重因素。传统模型难以模拟疾病微环境（如慢性炎症、菌群失调），而3D打印模型可通过“患者特异性细胞”和“疾病模拟培养”重现疾病表型。例如，在克罗恩病（CD）模型中，团队从CD患者肠道活检中分离IESCs，构建个性化模型，并加入TNF-α（10ng/mL）和IL-1β（5ng/mL）模拟炎症环境，发现模型出现“隐窝破坏”（深度增加30%）、“紧密连接蛋白表达下降”（occludin降低60%）、“潘氏细胞数量减少”（降低50%），与患者病理特征一致；进一步通过转录组测序鉴定出“NF-κB信号通路激活”和“MUC2基因甲基化”，为靶向治疗提供了新思路。3D生物打印小肠黏膜模型的应用价值2肠道疾病病理机制研究：揭示“肠-轴”互作的“窗口”5.3肠道微生物-黏膜互作研究：探索“菌群-宿主”对话的“平台”肠道菌群（约100万亿个细菌，1000种）与小肠黏膜的互作是维持肠道稳态的核心，菌群失调（如大肠杆菌过度增殖）与IBD、肥胖、糖尿病等疾病密切相关。传统研究多采用“无菌动物+菌群移植”模型，成本高且难以控制菌群种类；而3D打印模型可与菌群共培养，模拟“肠腔-黏膜界面”的互作。例如，团队将“健康人粪便菌群”接种到打印模型中，通过16SrRNA测序发现，模型内菌群组成（拟杆菌门/厚壁菌门=0.8）与健康人肠道（0.7-0.9）高度相似；而加入“致病性大肠杆菌（EHECO157:H7）”后，模型出现“黏液层变薄”（厚度从50μm降至20μm）、“sIgA分泌减少”（降低70%），且EHEC黏附至上皮细胞（黏附指数=15±3bacteria/cell），与体内感染过程一致。此外，模型还可用于筛选“益生菌”或“益生元”，如团队发现“双歧杆菌（Bifidobacterium）”可通过分泌“短链脂肪酸（SCFAs）”上调MUC2表达（提高2.1倍），恢复黏液层屏障。3D生物打印小肠黏膜模型的应用价值4个性化医疗与组织工程：实现“患者自体修复”的“希望”对于小肠短肠综合征（SBS）、放射性肠炎等导致黏膜大面积缺损的患者，肠移植是唯一治疗手段，但供体短缺和免疫排斥限制了其应用。3D生物打印“患者自体小肠黏膜”为个性化治疗提供了新方向。例如，团队从SBS患者活检中获取“肠黏膜干细胞（ISCs）”，通过体外扩增（3周内从1×10⁴扩增至1×10⁸），与“患者自体dSIS”复合打印，构建“个性化黏膜移植物”。在猪SBS模型中，移植后4周，移植物成功“血管化”（CD31+血管密度达15个/mm²）和“上皮化”（Villin+细胞覆盖率达90%），且动物体重较对照组增加25%（对照组仅增加5%）。此外，该模型还可用于“药物敏感性测试”，从患者肿瘤组织分离“肠癌细胞”，打印“肿瘤-黏膜共模型”，筛选化疗药物（如5-Fu、奥沙利铂），实现“精准用药”。挑战与未来展望尽管3D生物打印构建仿生小肠黏膜模型取得了显著进展，但其临床转化仍面临“血管化不足”“功能成熟度低”“标准化缺失”等挑战。结合领域前沿趋势，未来研究可能聚焦以下方向：挑战与未来展望1技术挑战：从“结构仿生”到“功能全息”-血管化构建：小肠黏膜厚度约500μm，单纯依靠diffusion无法满足深层细胞的氧气需求（临界距离约200μm），需构建“微血管网络”。目前，“牺牲打印”（打印PLGA纤维，溶解后形成血管通道）和“内皮细胞自组装”（打印HUVECs，形成管腔结构）是主要策略，但血管与宿主血管的“吻合效率”仍不足30%。未来需结合“血管生成因子（VEGF、FGF2）”梯度释放和“间充质干细胞”共培养，促进血管成熟（周细胞覆盖）。-神经支配模拟：小肠黏膜受“肠神经系统（ENS）”调控，ENS通过“肌间神经丛”和“黏膜下神经丛”控制黏膜分泌、蠕动和血流。目前模型缺乏神经支配，无法模拟“脑-肠轴”互作。未来可通过“打印神经嵴干细胞（NCCs）”，诱导其分化为“肠神经元”，并与黏膜层共组装。挑战与未来展望1技术挑战：从“结构仿生”到“功能全息”-功能成熟度提升：打印模型的上皮细胞多为“未成熟状态”（如缺乏刷状缘酶、转运体表达低），需通过“机械刺激（蠕动模拟）”“化学刺激（激素如EGF、GLP-2）”“微生物刺激（益生菌代谢产物）”等多因素协同诱导。团队发现，“动态培养+丁酸钠（SCFA之一）”可显著提升模型蔗糖酶活性（提高3.2倍）和TER值（提升至500Ωcm²