在生物医学研究领域，器官芯片（Organ-on-a-Chip，亦称微生理系统）正迅速崛起为关键技术。通过在微流控芯片中培养具备三维结构的组织，可比传统动物实验更精准地研究药物作用及多器官间的系统性反应。但长期以来，这项技术面临一个核心难题——缺乏稳定可控的“血管系统”。
这一瓶颈如今迎来突破。奥地利维也纳工业大学（TU Wien）3D打印与生物制造团队成功研发出一项全新技术，首次在水凝胶材料中构建出可灌注、结构稳定、精确可控的微血管网络，并已在《Biofabrication》期刊上发表成果。
激光微加工助力人工血管生成
“如果想要研究药物在人体组织中的运输、代谢和吸收过程，就必须具备高度仿真的血管网络。”项目研究员Alice Salvadori表示。为此，团队采用飞秒激光（femtosecond laser）技术，利用超短脉冲直接在水凝胶中“写入”三维微结构，实现血管通道的高精度快速成型。
相比传统方法，该技术可在10分钟内构建30条通道，速度提升至少60倍。且微通道间距仅为100微米，接近人体真实器官的毛细血管密度。
更稳定的材料支持
为了确保微血管结构在植入内皮细胞后依然稳定，研究团队对水凝胶材料制备流程进行了优化。不同于常规的单步热凝胶过程，他们创新性地采用“两步加热”方法，通过在不同温度下分阶段加热，提高了水凝胶的结构稳定性，防止细胞生长过程中的变形与塌陷。
内皮细胞真实反应验证仿生效果
更令人振奋的是，这些人工血管已成功被内皮细胞定植，并表现出与天然血管高度一致的生理响应。“我们观察到它们在炎症条件下通透性增加，这与人体真实血管的反应完全一致。”Salvadori表示。这一成果为未来开展更加真实的体外病理模拟与药效测试提供了坚实基础。
成功复制“肝小叶”结构
在另一篇发表于《Materials Today Bio》的论文中，TU Wien团队联合日本庆应大学，构建出具有完整血管系统的肝小叶模型。通过多层次的微血管网络模拟肝脏中中央静脉与窦状血管（sinusoids）的复杂排列，成功提高了模型的氧气与营养输送效率，从而增强了肝细胞的代谢活性。
庆应大学研究者渡边正史（Masafumi Watanabe）指出，这一模型不仅提升了肝脏芯片的仿真度，也将器官芯片技术进一步推进至临床前药物筛选的实用阶段。
“这项技术的最大突破在于，我们可以在芯片中构建真正‘流动’的微型组织，让液体像血液一样穿流而过。”庆应大学须藤亮教授（Prof. Ryo Sudo）补充说，“这不仅帮助我们深入理解血流对细胞的影响，也为未来的药物开发和疾病研究提供了强有力的新平台。”
参考文献：
Alice Salvadori et al, Controlled microvasculature for organ-on-a-chip applications produced by high-definition laser patterning, Biofabrication (2025). DOI: 10.1088/1758-5090/add37e
Masafumi Watanabe et al, Advanced liver-on-chip model mimicking hepatic lobule with continuous microvascular network via high-definition laser patterning, Materials Today Bio (2025). DOI: 10.1016/j.mtbio.2025.101643
编辑：王洪
排版：李丽
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