清华大学AFM，3D打印构建血管-胆管整合型肝脏芯片

药物诱导性肝损伤是新药研发和临床应用过程中需要重点关注的问题。开发能够在体外真实再现肝脏组织结构和功能特征的模型，对于提高药物安全性评价效率具有重要意义。天然肝脏中，肝细胞与血管、胆管系统形成紧密联系，共同调控物质运输、代谢转换以及胆汁排出等关键生理过程。然而，目前多数体外肝模型难以同时实现微血管、微胆管以及肝实质区域的精确构建，限制了其对真实肝脏微环境的模拟能力。

清华大学机械工程系林峰、庞媛课题组基于摩方精密面投影微立体光刻（PµSL）技术（microArch^® S230A，精度：2μm），开发了一种血管-胆管整合型肝脏器官芯片（vascular-biliary-incorporated liver-on-a-chip，VBL）。该研究以网状管壁微管为核心结构，通过微尺度结构设计、毛细力辅助细胞加载以及多细胞协同培养，实现了肝细胞、微血管和微胆管在体外环境中的空间整合。相关成果以“3D-Printed Mesh-Walled Microtube System Enables a Vascular-Biliary-Incorporated Liver-on-a-Chip" 为题，发表于《Advanced Functional Materials》。

研究人员利用PµSL技术制备具有菱形微孔结构的网状管壁微管（图1）。该结构不仅增强了微管与外部环境之间的物质交换能力，同时改善了微管的力学特性，使其更加接近天然肝组织中的管状结构。借助网状结构带来的高润湿性，细胞悬液能够在毛细作用驱动下自主进入微管内部，为后续形成稳定的微血管和微胆管提供基础。研究团队进一步利用毛细压力实现细胞悬液在微尺度通道中的快速、均匀填充。该方法避免了复杂外部驱动设备的依赖，使血管内皮细胞和胆管上皮细胞能够有效附着于微管结构表面，并逐渐形成连续性的功能管腔（图2）。

图1. 3D打印网状管壁微管构建血管-胆管整合型肝脏器官芯片及药物性肝毒性评价。

图2. 网状管壁微管提高表面润湿性，并通过毛细力辅助细胞浸润，实现微血管和微胆管的构建。

在完成微血管和微胆管构建后，研究团队进一步加入肝细胞，建立肝-血管-胆管三元共培养体系（图3）。该模型能够促进不同细胞类型之间的相互作用，并形成更加接近人体肝脏的功能微环境。实验结果显示，构建的微血管和微胆管具有良好的屏障特性和选择性运输能力，能够分别模拟血管运输和胆汁相关物质转运过程。通过长期培养，肝脏模型表现出增强的肝功能特征，并形成类似胆小管的结构。动态灌流环境进一步促进了细胞间通讯和物质交换，为构建高仿生肝脏模型提供了新的方案。

图3. 在静态与灌流型血管-胆管整合型肝脏器官芯片（VBL chip）中构建肝细胞-血管-胆管三元共培养体系。

研究团队采用多种典型肝毒性药物进行验证（图4），结果表明，灌流型VBL芯片相比传统模型具有更高的药物响应灵敏度。该平台能够模拟药物经过血管进入、肝细胞代谢以及胆管排出的连续过程，为药物筛选和肝损伤评价提供了新的体外研究工具。

图4. 肝脏模型中药物代谢酶相关基因的表达及药物诱导肝毒性评价。

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