在生物醫學研究領域，3D生物打印技術正以其獨特的優勢，推動著腫瘤學研究的前沿發展。近期，一項關于3D生物打印技術在構建可灌注血管化腫瘤微環境模型的研究成果引起了廣泛關注。這項研究不僅展示了3D生物打印技術的強大潛力，還特別提到了BIOX生物3D打印機在其中的關鍵作用。

一 研究背景：腫瘤微環境的復雜性與挑戰
腫瘤微環境（TME）是一個復雜的生態系統，它不僅包括腫瘤細胞本身，還涉及血管、免疫細胞、細胞外基質等多種成分。傳統的二維細胞培養和簡單的三維模型往往難以完全模擬體內腫瘤的真實情況。為了更好地研究腫瘤的生長、轉移機制，以及開發更有效的治療方法，科學家們一直在尋找更接近人體生理環境的模型。3D生物打印技術的出現，為這一目標帶來了新的希望。

二 BIOX生物3D打印機：助力創新研究
BIOX生物3D打印機以其高精度、多材料打印能力和出色的溫度控制，成為了構建復雜生物模型的理想工具。在本次研究中，研究人員利用BIOX生物3D打印機，結合多材料打印技術和犧牲材料法，成功構建了一個可灌注的血管化腫瘤微環境模型。這一模型不僅能夠模擬腫瘤細胞的生長和血管生成，還能重現腫瘤細胞向血管遷移的早期轉移過程。
 

圖 1 Bio X生物3D打印機

1 多材料打印技術的突破
研究中使用了Gelatin Methacrylate（GelMA）作為細胞負載的基質材料，它具有良好的生物相容性和可調節的機械性能。同時，研究人員選擇了Pluronic F-127作為犧牲材料，用于構建血管通道。通過BIOX生物3D打印機的精確控制，這兩種材料被交替打印，形成了復雜的三維結構。這種多材料打印技術不僅提高了打印效率，還確保了模型的結構穩定性和功能性。

2 可灌注血管通道的構建

圖 2 血管化構建物的制備和生物墨水特性

(A) 制備血管化三維構建物的概述流程。i）在生物反應器內進行結構生物打印；ii）紫外線照射交聯GelMA并冷藏以溶解可犧牲材料（PLU）；iii）通過注入冷流體沖洗PLU；iv）連接到灌注回路。(B) 8% GelMA內部微觀結構的代表性掃描電子顯微鏡圖像。(C) 孔徑分布。(D) 在FRAP測試過程中漂白樣品的共聚焦圖像。(E) 8% GelMA的擴散系數與葡聚糖分子量的關系。(F) 從左到右：血管通道幾何形狀的CAD模型，生物打印結構（PLU為藍色），以及染料灌注后的情況。

三 研究成果：腫瘤微環境的精準模擬
經過14天的灌注培養，研究人員成功證明了血管通道內皮層的形成。腫瘤細胞在模型中表現出良好的生長特性，并能夠招募內皮細胞形成新生血管。此外，研究人員還觀察到腫瘤細胞向血管區域遷移的現象，這與體內腫瘤轉移的早期階段高度相似。

1 細胞活性與血管生成
在實驗過程中，研究人員通過LIVE/DEAD實驗評估了細胞的活性。結果顯示，SK-N-AS神經母細胞瘤細胞、人骨髓間充質干細胞（hMSCs）和人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）在GelMA基質中表現出良好的活性。特別是在使用100% HUVEC培養基時，hMSCs表現出更強的內皮分化能力，形成了更加復雜的微血管網絡。
 

圖 3  細胞活性和形態。

(A) 三種細胞培養（SK-N-AS、hMSC和HUVEC-hMSC 70%–30%）在8% GelMA中的細胞活性檢測：活細胞的細胞質呈綠色（Calcein-AM），死細胞的細胞核呈紅色（碘化丙啶），所有細胞核呈藍色（HOECHST）。(B) 培養第2天和第10天的細胞活性定量分析（*p < 0.05，**p < 0.01，中位數±標準差，n ≥ 3）。(C, D) 研究培養基組成對8% GelMA中HUVEC-hMSC共培養細胞形態和功能的影響：HUVEC培養基通過增加E-鈣黏蛋白的表達和降低波形蛋白的表達，在培養的第2天到第14天促進hMSCs的內皮分化（***p < 0.001，均值±標準差，n = 3）。比例尺 = 20 µm。(E) 第14天時8% GelMA中HUVEC-hMSC共培養的細胞形態研究：自發形成微血管，CD31呈綠色，肌動蛋白絲（鬼筆環肽）呈紅色，細胞核（DAPI）呈藍色。比例尺 = 50 µm。(F) 使用ImageJ插件“Angiogenesis Analyzer”對芽管長度進行定量分析（*p < 0.05，**p < 0.01）。

2 血管通道的內皮化
研究人員通過共培養HUVECs和hMSCs，成功實現了血管通道的內皮化。在14天的灌注培養后，內皮細胞完全覆蓋了血管通道的表面，并形成了完整的內皮層。這一結果不僅證明了BIOX生物3D打印機在構建復雜生物結構方面的強大能力，還為研究腫瘤細胞與血管內皮細胞之間的相互作用提供了重要的模型基礎。
 

圖 4  血管通道的內皮化

(A) 血管通道的播種后整體視圖（HUVEC-hMSC共培養，70%–30%，10·10⁶細胞/mL）。(B) 隨時間形成的內皮屏障：第1天（i, iv），細胞仍呈圓形，隨后開始伸展（ii, v），并在第7天（iii, vi）形成密集的網絡。比例尺 = 200 µm。(C) 在有無內皮的情況下測量血管的通透性，以驗證內皮化通道的功能。內皮的存在顯著降低了通透性（***p < 0.001, n = 3），表明其在維持血管屏障完整性中起著關鍵作用。(D) 灌注第14天時完整的內皮層形成，以及(E) 管腔的形成。比例尺 = 200 µm。

四 未來展望：從實驗室到臨床應用
這項研究的成功不僅為腫瘤微環境的研究提供了一個強大的工具，也為未來個性化醫療的發展奠定了基礎。通過3D生物打印技術，科學家們可以構建出與患者腫瘤高度相似的模型，從而更好地預測藥物反應，優化治療方案。BIOX生物3D打印機作為這一領域的先進設備，將繼續助力科學家們探索生物醫學的未知領域。

五 結語
BIOX生物3D打印機在構建可灌注血管化腫瘤微環境模型中的應用，展示了3D生物打印技術在生物醫學研究中的巨大潛力。我們相信，隨著技術的不斷進步，3D生物打印將在更多領域發揮重要作用，為人類健康事業帶來更多的突破和希望。

如果您對BIOX生物3D打印機感興趣，或者希望了解更多關于3D生物打印技術的信息，歡迎隨時聯系我們。讓我們一起探索生物醫學的未來！

參考文獻
Maggiotto F, Bova L, Micheli S, et al. 3D bioprinting for the production of a perfusable vascularized model of a cancer niche. Front. Bioeng. Biotechnol.  2025;13:1484738. doi:10.3389/fbioe.2025.1484738