美国卡内基梅隆大学Feinberg实验室近日在《Science Advances》期刊发表研究成果，成功利用其自主研发的FRESH（Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels）三维生物打印技术，首次构建出一个完全由胶原蛋白组成的微生理系统（microphysiologic system），为疾病研究与组织治疗带来重大突破，尤其为1型糖尿病的治疗提供了全新可能。
微流控系统（也称“器官芯片”或“微生理系统”）长期以来依赖硅胶或塑料等合成材料制造，因其加工便利。但这些非生物材料与人体组织相容性有限，难以完全复制体内真实的生物环境，从而制约了它们在临床前研究和组织再生中的应用。
相比之下，胶原蛋白作为人体中最丰富的蛋白质，广泛存在于皮肤、肌肉、骨骼和内脏等组织中，是构建真实生物组织的理想材料。FRESH技术的创新之处，在于能够在支撑性水凝胶中以极高精度打印软性生物材料，如胶原蛋白和活细胞，打印完成后再移除支撑材料，保留完整结构。
“我们现在可以在培养皿中，用纯胶原蛋白、细胞和其它生物蛋白，打印出具有前所未有结构分辨率和保真度的微流控系统，”该项目负责人、卡内基梅隆大学生物医学工程与材料科学教授Adam Feinberg表示，“最重要的是，这些模型是完全生物性的，细胞在其中表现得更好。”
在最新研究中，团队展示了更复杂的血管化组织打印成果，构建出具备类胰腺功能的组织模型，不仅在结构上模拟真实血管通道（精细至100微米直径），还可在生理条件下分泌胰岛素，显示出替代当前类器官技术的潜力。
匹兹堡大学生物工程助理教授Daniel Shiwarski表示：“通过单步骤生物打印流程，我们实现了各种复杂设计的胶原‘CHIPS’（Collagen Hydrogel-based Integrated Perfusable Systems）制造，打印精度和结构保真度超过目前已知的所有生物打印方法。”
该技术还结合了多材料3D打印能力，能够同时打印细胞外基质蛋白、生长因子及含细胞墨水，并集成至定制生物反应器中，成功构建出可按需释放胰岛素的厘米级胰腺类组织。
目前，该技术正在由卡内基梅隆大学孵化企业FluidForm Bio商业化。该公司组织治疗总监、论文共同作者Andrew Hudson博士及其团队，已在动物模型中实现1型糖尿病的“体内治愈”，并计划在未来几年内启动人体临床试验。
Feinberg强调：“这一成果的实现离不开跨学科的团队合作，从生物学到材料科学，各领域专长的融合是我们推动技术走向应用的关键。”
“现在的问题已不再是‘我们能不能打印’，而是‘我们应该打印什么’。”Feinberg补充道，“我们正在将这项先进制造能力与计算建模及机器学习结合，目标是更准确地理解所需构建的组织类型，使其无论在模拟疾病研究还是在体内治疗中，都能实现理想功能。”
为推动该技术在全球范围的应用，研究团队计划开放关键设计与技术，鼓励其他研究机构快速采纳，并拓展至更多疾病与组织领域。
参考文献：Daniel Shiwarski et al, 3D Bioprinting of Collagen-based High-Resolution Internally Perfusable Scaffolds for Engineering Fully-biologic Tissue Systems, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu5905. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu5905
编辑：王洪
排版：李丽
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