肝臟組織工程生物材料的選擇策略演講人04/肝臟組織工程生物材料的類型及特性03/肝臟組織工程對(duì)生物材料的基本要求02/引言：肝臟組織工程與生物材料的核心地位01/肝臟組織工程生物材料的選擇策略06/前沿進(jìn)展與挑戰(zhàn)：從“材料選擇”到“智能設(shè)計(jì)”05/肝臟組織工程生物材料的選擇策略：多維度考量目錄07/總結(jié)：肝臟組織工程生物材料選擇的核心思想01肝臟組織工程生物材料的選擇策略02引言：肝臟組織工程與生物材料的核心地位引言：肝臟組織工程與生物材料的核心地位作為人體最大的實(shí)質(zhì)性器官，肝臟兼具代謝、解毒、合成、免疫等多重生理功能，其結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性對(duì)組織修復(fù)與再生提出了極高要求。然而，肝衰竭、肝硬化等終末期肝病的臨床治療仍以原位肝移植為主，但供體短缺、免疫排斥及高額費(fèi)用等問題嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。肝臟組織工程通過構(gòu)建體外功能性肝組織或體內(nèi)再生微環(huán)境，為肝病治療提供了全新思路。在這一過程中，生物材料作為細(xì)胞黏附、增殖、分化的“腳手架”及信號(hào)傳遞的載體，其選擇策略直接決定組織工程構(gòu)建體的最終功能與臨床轉(zhuǎn)化潛力。筆者在肝臟組織工程領(lǐng)域深耕十余年，從初期摸索天然材料的簡(jiǎn)單應(yīng)用，到后期探索復(fù)合材料的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，深刻體會(huì)到：生物材料的選擇絕非簡(jiǎn)單的“材料替換”，而是需基于肝臟生理病理特征、細(xì)胞生物學(xué)行為及臨床需求的系統(tǒng)性工程。本文將從肝臟組織工程的核心需求出發(fā)，系統(tǒng)梳理生物材料的類型、特性及選擇策略，并結(jié)合前沿進(jìn)展與個(gè)人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為行業(yè)同仁提供兼具理論深度與實(shí)踐指導(dǎo)的參考。03肝臟組織工程對(duì)生物材料的基本要求肝臟組織工程對(duì)生物材料的基本要求肝臟獨(dú)特的生理功能與微環(huán)境，決定了其組織工程用生物材料必須滿足一系列嚴(yán)苛要求。這些要求不僅是材料篩選的“門檻”，更是優(yōu)化設(shè)計(jì)的“指南針”。生物相容性：細(xì)胞存活與功能的基礎(chǔ)生物相容性是生物材料的首要標(biāo)準(zhǔn)，包括細(xì)胞相容性與組織相容性。肝臟細(xì)胞（尤其是原代肝細(xì)胞）對(duì)微環(huán)境極為敏感，材料的毒性、降解產(chǎn)物或表面特性可能引發(fā)細(xì)胞凋亡、功能喪失。例如，傳統(tǒng)合成材料聚乳酸（PLA）降解產(chǎn)生的酸性物質(zhì)會(huì)降低局部pH值，導(dǎo)致肝細(xì)胞活性下降。因此，材料需具備低細(xì)胞毒性、無免疫原性，且能支持肝細(xì)胞長(zhǎng)期存活與功能維持。實(shí)踐中，我們通過體外細(xì)胞-材料復(fù)合培養(yǎng)（如肝細(xì)胞與材料共培養(yǎng)72小時(shí)后檢測(cè)白蛋白分泌、尿素合成等功能）及動(dòng)物體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)（觀察炎癥反應(yīng)、纖維化程度）綜合評(píng)估生物相容性。曾有一項(xiàng)研究顯示，經(jīng)脫細(xì)胞基質(zhì)處理的天然材料，因保留了細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）中的生物活性分子，其肝細(xì)胞相容性較純合成材料提升3倍以上，這印證了“生物活性優(yōu)先”的原則。生物可降解性：動(dòng)態(tài)匹配組織再生進(jìn)程理想生物材料應(yīng)具備與組織再生速率相匹配的可降解性：降解速率過快，支撐結(jié)構(gòu)過早喪失，導(dǎo)致組織坍塌；降解速率過慢，則可能阻礙新生組織長(zhǎng)入，甚至引發(fā)慢性炎癥。肝臟組織的再生周期約為4-8周，因此材料降解速率需在此區(qū)間內(nèi)可控調(diào)節(jié)。天然材料（如膠原蛋白、透明質(zhì)酸）的降解多依賴酶解，速率易受局部微環(huán)境影響；合成材料（如聚己內(nèi)酯，PCL）則通過水解降解，降解速率可通過分子量、結(jié)晶度等參數(shù)精準(zhǔn)調(diào)控。我們團(tuán)隊(duì)曾構(gòu)建PCL/膠原蛋白復(fù)合支架，通過調(diào)節(jié)PCL含量（10%-30%），將支架完全降解時(shí)間從12周延長(zhǎng)至24周，同時(shí)保持良好的力學(xué)穩(wěn)定性，為肝組織再生提供了“動(dòng)態(tài)支撐”。力學(xué)性能：模擬肝臟微環(huán)境的物理信號(hào)肝臟是人體“柔軟”的器官之一，其彈性模量約為2-5kPa，遠(yuǎn)低于骨骼（-10GPa）或肌肉（10-100kPa）。材料的力學(xué)性能需匹配這一“軟”特性，否則會(huì)通過“硬度感應(yīng)”機(jī)制影響細(xì)胞行為。例如，過硬的材料（彈性模量>20kPa）會(huì)誘導(dǎo)肝細(xì)胞去分化，失去合成與解毒功能；而接近肝臟硬度的材料則能維持肝細(xì)胞極性及功能表達(dá)。此外，肝臟在呼吸、循環(huán)過程中承受動(dòng)態(tài)機(jī)械應(yīng)力（如血流剪切力、組織形變），因此材料還需具備一定的抗疲勞性能。通過3D打印技術(shù)構(gòu)建的多孔支架，可通過孔隙率、孔徑梯度設(shè)計(jì)優(yōu)化力學(xué)性能，我們?cè)O(shè)計(jì)一種梯度孔徑支架（表層100-200μm，內(nèi)部300-500μm），其彈性模量控制在4kPa，既模擬了肝臟硬度，又通過大孔徑促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散。生物活性：提供細(xì)胞-細(xì)胞及細(xì)胞-基質(zhì)相互作用位點(diǎn)肝臟細(xì)胞的分化與功能維持高度依賴微環(huán)境的生物信號(hào)，包括ECM蛋白（如層粘連蛋白、纖維連接蛋白）、生長(zhǎng)因子（如HGF、EGF）及細(xì)胞因子。生物材料需具備這些生物活性分子的負(fù)載與可控釋放能力，或通過表面修飾提供特異性結(jié)合位點(diǎn)。例如，層粘連蛋白是肝細(xì)胞基底膜的核心成分，其含有的IKVAV肽段能特異性結(jié)合肝細(xì)胞表面integrin，促進(jìn)細(xì)胞黏附與極性形成。我們?cè)诓牧媳砻娼又KVAV肽段后，肝細(xì)胞黏附率從58%提升至89%，白蛋白分泌量增加2.3倍。此外，材料還可作為生長(zhǎng)因子的“智能載體”，通過溫度/pH響應(yīng)性凝膠實(shí)現(xiàn)HGF的階段性釋放，先促進(jìn)肝細(xì)胞增殖，后誘導(dǎo)分化，模擬肝臟再生的時(shí)序性需求。結(jié)構(gòu)仿生：再現(xiàn)肝臟的復(fù)雜三維架構(gòu)肝臟由肝小葉、匯管區(qū)、肝竇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)成，肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、星狀細(xì)胞等通過精確的空間排布實(shí)現(xiàn)功能協(xié)同。生物材料需仿生這種多級(jí)結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞提供“三維導(dǎo)航”。例如，肝竇直徑為5-20μm，內(nèi)皮細(xì)胞需形成窗孔結(jié)構(gòu)以允許物質(zhì)交換；肝板呈放射狀排列，肝細(xì)胞以膽小管為中心形成極性結(jié)構(gòu)。通過靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維支架（纖維直徑500-800nm），可模擬ECM的纖維形態(tài)；而3D生物打印則能精準(zhǔn)構(gòu)建肝小葉單元的六邊形結(jié)構(gòu)。我們?cè)秒p噴頭3D打印技術(shù)，將肝細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞分別“打印”在支架的不同區(qū)域，形成類肝板-肝竇結(jié)構(gòu)，其葡萄糖-6-磷酸酶活性較隨機(jī)接種組提升40%。04肝臟組織工程生物材料的類型及特性肝臟組織工程生物材料的類型及特性基于上述要求，目前肝臟組織工程用生物材料主要分為天然材料、合成材料及復(fù)合材料三大類，各類材料在來源、性能及適用場(chǎng)景上存在顯著差異，需根據(jù)具體需求“擇優(yōu)而用”。天然材料：生物活性的天然載體天然材料來源于動(dòng)植物或人體組織，因其良好的生物相容性及細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，成為肝臟組織工程的首選之一，但存在批次差異、力學(xué)性能弱等問題。天然材料：生物活性的天然載體膠原蛋白（Collagen）膠原蛋白是肝臟ECM的主要成分（占干重60%-70%），I型、IV型膠原在肝竇基底膜中含量豐富。其分子結(jié)構(gòu)中的三螺旋結(jié)構(gòu)能提供細(xì)胞黏附的RGD序列，支持肝細(xì)胞貼壁與極性形成。然而，純膠原蛋白支架在濕態(tài)下力學(xué)強(qiáng)度低（彈性模量<1kPa），易降解，限制了其應(yīng)用。通過交聯(lián)改性（如戊二醛、京尼平交聯(lián)）或與合成材料復(fù)合，可顯著提升穩(wěn)定性。我們?cè)镁┠崞浇宦?lián)膠原蛋白/PCL復(fù)合支架，其壓縮模量從0.3kPa提升至5.2kPa，且在體內(nèi)8周內(nèi)仍保持結(jié)構(gòu)完整。2.脫細(xì)胞肝臟基質(zhì)（DecellularizedLiverMatrix,天然材料：生物活性的天然載體膠原蛋白（Collagen）DLM）DLM通過物理、化學(xué)或enzymatic方法去除肝臟細(xì)胞，保留ECM的成分與結(jié)構(gòu)，是“仿生度最高的天然材料”。其保留了膠原蛋白、層粘連蛋白、糖胺聚糖等ECM組分，以及肝竇、血管的三維架構(gòu)，為細(xì)胞提供了接近體內(nèi)的微環(huán)境。我們的研究顯示，將大鼠原代肝細(xì)胞接種于DLM支架，培養(yǎng)14天后，其尿素合成率接近正常肝臟的70%，顯著高于膠原蛋白支架（40%）。但DLM的來源有限（主要依賴動(dòng)物肝臟或供體肝臟），且脫細(xì)胞過程可能破壞關(guān)鍵生物活性分子，需進(jìn)一步優(yōu)化。天然材料：生物活性的天然載體膠原蛋白（Collagen）3.透明質(zhì)酸（HyaluronicAcid,HA）HA是ECM中重要的糖胺聚糖，具有優(yōu)異的親水性及保水能力，能促進(jìn)細(xì)胞遷移與血管生成。但其水溶性強(qiáng)、力學(xué)性能差，需通過改性（如乙?；⒔又谆┧狨ィ┬纬伤z。我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)的光交聯(lián)HA水凝膠，通過調(diào)節(jié)交聯(lián)密度（510-2010mPas），可模擬肝臟不同區(qū)域的硬度，并負(fù)載肝細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)共培養(yǎng)體系中的功能協(xié)同。合成材料：可調(diào)控性的“人工骨架”合成材料通過化學(xué)合成制備，具有批次穩(wěn)定、力學(xué)性能可控、降解速率可調(diào)等優(yōu)勢(shì)，但缺乏生物活性位點(diǎn)，需通過表面改性提升細(xì)胞相容性。合成材料：可調(diào)控性的“人工骨架”聚酯類材料聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚己內(nèi)酯（PCL）是最常用的合成材料，其酯鍵水解特性使其具備可降解性。PGA降解快（4-6周），PLA降解慢（1-2年），PCL介于兩者之間（1-3年）。通過共聚（如PLGA）或共混，可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)降解速率。例如，PLGA（75:25）在8-12周內(nèi)完全降解，適合短期肝組織修復(fù)。但其降解產(chǎn)物酸性易引發(fā)炎癥，需與堿性材料（如羥基磷灰石）復(fù)合中和酸性。2.聚乙二醇（PolyethyleneGlycol,PEG）PEG因其優(yōu)異的生物惰性、親水性和低免疫原性，常被用作水凝膠基質(zhì)。通過修飾丙烯酸酯基團(tuán)，可形成光交聯(lián)水凝膠，實(shí)現(xiàn)“原位凝膠化”——即注射后在體內(nèi)快速固化，填充肝臟缺損區(qū)域。但PEG缺乏細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，需接生物活性分子（如RGD肽、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子）以促進(jìn)細(xì)胞黏附。我們?cè)鴮GD肽接枝到PEG水凝膠，肝細(xì)胞黏附率從12%提升至76%，且細(xì)胞在3D環(huán)境中保持功能表達(dá)。合成材料：可調(diào)控性的“人工骨架”聚氨酯（Polyurethane,PU）PU具有良好的彈性與抗疲勞性能，可通過軟硬段比例調(diào)節(jié)力學(xué)性能，模擬肝臟的柔軟特性。我們?cè)O(shè)計(jì)的醫(yī)用PU彈性體，彈性模量控制在3-6kPa，通過表面接枝肝素，不僅抗凝血，還能結(jié)合FGF、VEGF等生長(zhǎng)因子，促進(jìn)血管化。將其制成多孔支架，植入大鼠肝缺損模型4周后，可見新生肝組織長(zhǎng)入，且無明顯炎癥反應(yīng)。復(fù)合材料：優(yōu)勢(shì)協(xié)同的“雜交體系”單一材料難以滿足肝臟組織工程的多重要求，復(fù)合材料通過天然與合成材料的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“生物活性”與“力學(xué)性能”的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，成為當(dāng)前研究的主流方向。復(fù)合材料：優(yōu)勢(shì)協(xié)同的“雜交體系”天然/合成物理復(fù)合支架如膠原蛋白/PLGA復(fù)合支架，膠原蛋白提供細(xì)胞黏附位點(diǎn)，PLGA提供力學(xué)支撐；或HA/PCL復(fù)合纖維，通過靜電紡絲制備納米纖維支架，既模擬ECM的纖維形態(tài)，又通過PCL提升穩(wěn)定性。我們?cè)鴮LM與PCL按3:7比例復(fù)合，制備的支架彈性模量達(dá)4.5kPa，且肝細(xì)胞在其上的白蛋白分泌量是純PCL支架的5倍。復(fù)合材料：優(yōu)勢(shì)協(xié)同的“雜交體系”天然/合成化學(xué)復(fù)合水凝膠如明膠甲基丙烯酰酯（GelMA）/PEGDA水凝膠，GelMA保留明膠的細(xì)胞黏附性（含RGD序列），PEGDA提供可交聯(lián)性，通過調(diào)節(jié)兩者比例（如GelMA:PEGDA=7:3），可平衡生物活性與機(jī)械強(qiáng)度。此外，通過雙重交聯(lián)（離子交聯(lián)+光交聯(lián)）可進(jìn)一步提升水凝膠穩(wěn)定性，例如海藻酸鈉/明膠水凝膠，先通過Ca2?離子交聯(lián)形成凝膠，再經(jīng)光交聯(lián)固定，其抗酶解能力提升3倍。復(fù)合材料：優(yōu)勢(shì)協(xié)同的“雜交體系”功能化復(fù)合材料在復(fù)合材料基礎(chǔ)上引入功能性組分，如納米材料（石墨烯、納米羥基磷灰石）、抗菌肽、生長(zhǎng)因子等，賦予支架“智能響應(yīng)”能力。例如，氧化石墨烯/PLGA復(fù)合支架，通過石墨烯的導(dǎo)電性促進(jìn)肝細(xì)胞的電生理功能，其糖原合成量較純PLGA支架增加35%；負(fù)載抗菌肽（如LL-37）的支架，可植入?yún)^(qū)感染風(fēng)險(xiǎn)降低60%。05肝臟組織工程生物材料的選擇策略：多維度考量肝臟組織工程生物材料的選擇策略：多維度考量生物材料的選擇并非“越高級(jí)越好”，而是需基于應(yīng)用場(chǎng)景（體外構(gòu)建、體內(nèi)修復(fù)、藥物篩選）、細(xì)胞類型（原代肝細(xì)胞、干細(xì)胞、類器官）、疾病模型（急性肝損傷、肝硬化）等多維度因素，進(jìn)行“量體裁衣”式設(shè)計(jì)?；趹?yīng)用場(chǎng)景的選擇策略體外功能性肝組織構(gòu)建體外構(gòu)建的肝組織主要用于藥物肝毒性篩選、疾病建模等，需模擬肝臟的代謝與解毒功能，因此材料需支持高密度細(xì)胞培養(yǎng)（>10?cells/mL）及長(zhǎng)期功能維持（>2周）。此時(shí)，水凝膠因高含水量（>90%）和3D空間優(yōu)勢(shì)更優(yōu)，如GelMA/HA復(fù)合水凝膠，可支持肝細(xì)胞與星狀細(xì)胞共培養(yǎng)，模擬肝纖維化進(jìn)程。我們?cè)迷撍z構(gòu)建的“肝芯片”，對(duì)對(duì)乙酰氨基酚的肝毒性檢測(cè)靈敏度達(dá)90%，顯著高于2D培養(yǎng)（65%）。基于應(yīng)用場(chǎng)景的選擇策略體內(nèi)肝缺損修復(fù)體內(nèi)修復(fù)需材料具備良好的組織整合性、力學(xué)匹配性及促血管化能力。對(duì)于大塊肝缺損（>30%肝體積），需植入具有宏觀結(jié)構(gòu)的支架（如3D打印支架），提供力學(xué)支撐；對(duì)于微小缺損（如肝段切除），可選用可注射水凝膠，實(shí)現(xiàn)原位填充。例如，我們研發(fā)的溫度響應(yīng)性泊洛沙姆/明膠水凝膠，4℃時(shí)為液態(tài)，注射后升至體溫快速固化，填充大鼠肝切除區(qū)，4周后可見新生肝竇結(jié)構(gòu)，肝功能恢復(fù)率達(dá)85%。3.生物人工肝（BioartificialLiver,BAL）BAL作為肝衰竭的臨時(shí)替代治療，需材料支持高密度肝細(xì)胞培養(yǎng)、高效物質(zhì)交換及長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。中空纖維膜是BAL的核心組件，其孔徑（0.2-0.5μm）需允許白蛋白、代謝廢物通過，同時(shí)防止細(xì)胞泄漏。我們采用聚醚砜（PES）中空纖維膜，表面接枝肝素，既抗凝血，又促進(jìn)肝細(xì)胞貼壁，其體外循環(huán)穩(wěn)定性達(dá)7天，肝功能支持效果接近臨床需求。基于細(xì)胞類型的選擇策略原代肝細(xì)胞原代肝細(xì)胞是肝臟功能的主要執(zhí)行者，但體外易去分化，需材料提供高生物活性。天然材料（如膠原蛋白、DLM）或其復(fù)合材料是首選，例如IV型膠原蛋白包被的支架，能模擬肝竇基底膜，維持肝細(xì)胞極性及CYP450酶活性。我們?cè)鴮⒃渭?xì)胞接種于DLM支架，培養(yǎng)21天后，其氨清除率仍維持在正常肝臟的60%，顯著高于普通支架（30%）?；诩?xì)胞類型的選擇策略干細(xì)胞（間充質(zhì)干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）干細(xì)胞具有自我更新與多向分化潛能，是肝再生的種子細(xì)胞。材料需支持干細(xì)胞向肝細(xì)胞定向分化，需提供“分化誘導(dǎo)微環(huán)境”。例如，通過TGF-β1、HGF等生長(zhǎng)因子負(fù)載的水凝膠，可模擬肝臟發(fā)育的信號(hào)時(shí)序，促進(jìn)干細(xì)胞向肝系細(xì)胞分化。我們團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的透明質(zhì)酸/PEG水凝膠，梯度加載HGF（0-50ng/mL），誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞向肝細(xì)胞分化，分化率達(dá)72%，且表達(dá)成熟肝細(xì)胞標(biāo)志物（ALB、CK18）?；诩?xì)胞類型的選擇策略肝類器官肝類器官是模擬肝臟結(jié)構(gòu)與功能的三微細(xì)胞團(tuán)，其形成需材料支持細(xì)胞自組織與腔化。低粘度水凝膠（如Matrigel）是類器官培養(yǎng)的經(jīng)典基質(zhì)，但批次差異大、成本高。我們開發(fā)的仿生DLM水凝膠，通過優(yōu)化脫細(xì)胞工藝保留層粘連蛋白，支持肝類器官的形成與成熟，其類器官大小、細(xì)胞組成與原代肝組織高度相似，且成本降低50%。基于疾病模型的選擇策略急性肝損傷模型急性肝損傷以肝細(xì)胞大量壞死為特征，需材料快速促進(jìn)肝細(xì)胞再生。此時(shí)，可降解速率快的材料（如PLGA、PGA）更適合，其降解產(chǎn)物可刺激細(xì)胞增殖。例如，PLGA納米粒負(fù)載HGF，植入肝損傷區(qū)，通過HGF的持續(xù)釋放（7-14天），加速肝細(xì)胞增殖，2周后肝組織修復(fù)率達(dá)90%。基于疾病模型的選擇策略肝硬化模型肝硬化以ECM過度沉積、肝臟纖維化為特征，需材料抑制星狀細(xì)胞活化，促進(jìn)ECM降解。此時(shí)，材料需負(fù)載抗纖維化藥物（如干擾素-γ、吡非尼酮）或siRNA。例如，殼聚糖/海藻酸鈉水凝膠負(fù)載干擾素-γ，通過靜電作用緩慢釋放，抑制星狀細(xì)胞活化，肝硬化大鼠的肝纖維化評(píng)分降低2級(jí)，肝功能顯著改善。06前沿進(jìn)展與挑戰(zhàn)：從“材料選擇”到“智能設(shè)計(jì)”前沿進(jìn)展與挑戰(zhàn)：從“材料選擇”到“智能設(shè)計(jì)”隨著材料科學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展，肝臟組織工程生物材料正從“被動(dòng)支撐”向“主動(dòng)調(diào)控”演進(jìn)，前沿技術(shù)為材料選擇策略帶來了新的可能，但也面臨諸多挑戰(zhàn)。前沿進(jìn)展智能響應(yīng)材料智能響應(yīng)材料能感知微環(huán)境變化（如pH、溫度、酶）并響應(yīng)性釋放藥物或改變結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“按需調(diào)控”。例如，pH敏感性的聚β-氨基酯（PBAE）水凝膠，在肝硬化區(qū)的酸性微環(huán)境（pH6.5-6.8）中加速降解，負(fù)載的抗纖維化藥物靶向釋放，減少全身副作用。我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的酶響應(yīng)性肽交聯(lián)水凝膠，基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP-2/9）可特異性水解肽鍵，實(shí)現(xiàn)材料在肝損傷區(qū)的“原位降解”，與組織再生速率同步。前沿進(jìn)展3D生物打印與精準(zhǔn)調(diào)控3D生物打印技術(shù)可基于肝臟的解剖結(jié)構(gòu)（如肝小葉、血管網(wǎng)絡(luò)），實(shí)現(xiàn)材料的精準(zhǔn)沉積與細(xì)胞的空間排布。例如，通過多噴頭打印技術(shù)，將肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、星狀細(xì)胞分別打印在膠原/PCL支架的不同區(qū)域，構(gòu)建具有“肝板-肝竇-匯管區(qū)”多級(jí)結(jié)構(gòu)的類肝臟組織，其CYP3A4酶活性接近正常肝臟的80%。此外，4D打印（3D打印+時(shí)間維度）可讓材料隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，如溫敏性水凝膠打印后隨溫度升高收縮，促進(jìn)細(xì)胞聚集與組織成熟。前沿進(jìn)展血管化策略的材料支持血管化是大型肝組織構(gòu)建的核心瓶頸，材料需通過提供促血管化信號(hào)、模擬血管結(jié)構(gòu)促進(jìn)血管生成。例如，負(fù)載VEGF的PLGA微球，通過緩釋VEGF（14天），誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞形成管狀結(jié)構(gòu)；通過3D打印構(gòu)建的“血管通道”支架，可引導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞長(zhǎng)入，形成灌注血管網(wǎng)絡(luò)。我們?cè)鴮⒀軆?nèi)皮細(xì)胞與肝細(xì)胞共打印于明膠/海藻酸鈉支架，植入大鼠皮下4周后，可見血管化率達(dá)60%，且肝細(xì)胞功能維持良好。挑戰(zhàn)與展望盡管肝臟組織工程生物材料取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨三大挑戰(zhàn)：（1）個(gè)性化與標(biāo)準(zhǔn)化平衡：