Advanced Drug Delivery Reviews
Spatial patterning strategies for liver tissue engineering: Biofabrication technologies and applications
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本文系统综述了肝脏组织工程中的空间模式化策略，涵盖多种生物制造技术，如3D生物打印、微流控芯片、细胞聚集体等，重点分析了如何通过空间控制模拟肝脏生理结构，为药物代谢、疾病建模及再生医学提供重要参考。
文献概述
本文《Spatial patterning strategies for liver tissue engineering: Biofabrication technologies and applications》，发表于《Advanced Drug Delivery Reviews》杂志，回顾并总结了肝脏组织工程中空间模式化策略的最新进展。文章强调，肝脏的复杂功能依赖于其高度有序的细胞排列和细胞外基质（ECM）环境，因此在体外构建功能性肝脏模型时，必须精确控制细胞与基质的空间组织，以模拟肝脏的分区代谢、极性维持和血管/胆管网络等关键生理特征。背景知识
肝脏是人体主要的代谢和解毒器官，其功能由肝细胞（hepatocytes）和非实质细胞（NPCs）在ECM中精确排列形成的小叶结构支撑。在体外构建功能性肝脏组织模型，对于药物开发、疾病建模及再生医学具有重要意义。然而，传统2D培养或随机3D聚集体难以维持长期功能稳定，主要因为缺乏空间组织和动态调控。因此，近年来研究聚焦于通过生物制造技术（如微图案化、3D生物打印、微流控系统）来精确控制细胞微环境，模拟肝脏的分区代谢、极性及细胞间通讯。文章还指出，当前模型在可扩展性、可重复性和标准化方面仍存在挑战，未来方向包括体积生物打印、机器学习辅助设计及微生理系统标准化认证。
研究方法与实验
文章系统回顾了多种空间生物制造策略，包括：1）微图案化共培养（MPCCs）和ECM微阵列，用于在2D中模拟肝脏细胞排列与分区代谢；2）自组装和工程化细胞聚集体，以构建3D结构并提升细胞极性与功能；3）电纺纤维支架，模拟ECM的纳米级拓扑环境；4）3D生物打印，实现高精度、多细胞组织构建；5）微流控平台，用于模拟动态灌注、氧梯度及胆管-血管互作。每种方法均从分辨率、可扩展性、可重复性、生理相关性等维度进行比较，并强调整合多种策略的混合模型在提升功能与复杂性方面的潜力。关键结论与观点
研究意义与展望
本文指出，未来肝脏组织工程需突破可扩展性与标准化瓶颈，并建议结合体积生物打印、机器学习辅助设计和微生理系统标准化认证。此外，人源化模型和类器官芯片有望提升药物代谢与毒性测试的预测性，推动个性化医疗与临床转化。最终，作者强调，肝脏模型的临床转化潜力依赖于制造技术与功能验证的协同进步。
结语
肝脏组织工程的核心挑战在于如何在体外重现其高度有序的多细胞空间组织。本文系统综述了当前主要生物制造策略，包括微图案化培养、3D细胞聚集体、电纺支架、生物打印及微流控系统，比较了其在空间控制、功能维持、可扩展性等方面的优劣。文章强调，单一策略难以全面模拟肝脏的分区代谢、极性及血管-胆管互作，而整合多种技术的混合模型有望实现更高生理相关性。未来方向包括提升制造精度、标准化培养条件、以及利用机器学习与人工智能优化模型设计。这些进展将有助于推动肝脏模型从基础研究向临床前药物开发与再生医学应用转化，提高体外模型在药物筛选与疾病机制研究中的可靠性与预测能力。
