摘要:

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1.文章导读

大脑是人类智慧的物质基础，也是人体中最复杂的组织。构建形态和功能均类似于大脑的模型对于推动脑科学和病理药理学研究具有重要的科学价值，是生物制造领域的前沿技术。近期西安交通大学的李涤尘、王玲课题组在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为《Biofabrication of brain-like living tissue: structure to intelligence》的文章，综述了类脑模型的现有生物制造技术、策略和特点，并系统回顾了中枢神经修复假体、脑发育模型、脑疾病模型和脑启发生物计算模型等生物制造领域的前沿发展。对未来的类脑组织模型生物制造技术的发展具有重要意义。

图1 类脑制造技术及应用

2.图文解析

目前三维类脑组织的制造以3D打印工艺为主，主要包括挤出式3D打印、静电纺丝3D打印、光固化3D打印和液滴喷射3D打印等，图2综合展示了类脑组织制造的工艺和应用。除增材制造技术外，微纳加工技术制造的类脑微流控芯片也常用于类脑组织的体外构建与培养。

图2 增材制造方法及其在体外类脑组织构建中的应用

类脑模型主要由生物活性基质和神经细胞组成，并整合了重要的微环境要素，包括生物因子、机械环境、结构拓扑和多物理场。根据其结构特征，类脑模型可分为几种类型：具有确定腔室和通道模式的二维脑芯片、具有分区区域结构的三维分区脑模型、血管化脑模型以及具有细胞自组织结构的脑器官。不同模型通常应用不同制造方法，如图3所示。

图3 各种类脑模型的3D打印技术

3.总结与展望

未来，在体外制造具有复杂结构和功能的仿生脑组织离不开微流体平台、细胞3D打印和干细胞技术的系统集成。了解拓扑特征、基质硬度、化学线索、多物理环境线索和神经元之间的联系对于高效、精确的病理药理模拟至关重要；实现复合循环功能系统的集成制造对于保持体外脑组织与天然脑组织间的功能一致性至关重要；开发能在生物传感材料和活体材料之间建立通信的制造技术对于类脑组织智能化至关重要。