近日，来自浦项科技大学（ POSTECH ）和首尔国立大学（ SNU ）的韩国研究人员团队在芯片上 3D 打印了一个功能性气道芯片。 “芯片上”的名字描述了模拟生化反应的模拟模型;这些模型用于研究呼吸道易患呼吸道疾病，如哮喘，慢性肺病和鼻窦炎等疾病及其治疗效果。

通过创建含有从猪气管分离的细胞外基质（ dECM ）和从人气管分离的粘膜细胞的混合物的生物墨水，研究团队能够 3D 打印具有与上皮细胞连接的血管网络的装置。该研究的主要作者 Ju Young Park 解释说：“我们通过在一步印刷过程中使用dECM生物墨水组装内皮细胞和成纤维细胞，再现了一种类似体内的 3D 血管网络。”

“我们生产的结构具有与生物气道上皮细胞相同的生理功能，因此可用于模拟哮喘等疾病，” Park 说，他们详细说明印刷的气道暴露于尘螨时表现出天然的过敏反应。 “例如，血管的存在导致我们的气道模型中过量产生促炎细胞因子。这个过程（也称为“细胞因子风暴”）发生在哮喘气道炎症和过敏原诱导的生理环境中的哮喘恶化过程中。

该研究中使用的六头 3D 生物打印机相当先进。“其中两个打印头连接到一个气动压力系统，该系统分配合成聚合物以制造气道支撑框架，” Park 评论道。“其他四个打印头在三轴电动平台上运行，我们使用计算机程序控制它们的运动。”

人体呼吸道非常复杂，膜层彼此相互作用。“为了模仿这种复杂的 2D / 3D 结构和气道粘膜的细胞组成，我们在 3D 血管平台上组装了一个 2D 气道上皮，” Park 解释道。“我们通过 3D 细胞印刷重建了含有内皮细胞和成纤维细胞的 dECM 生物墨水的自然 3D 血管网络。事实上， dECM 生物墨水为细胞提供了一种体内样的天然组织生态位，可诱导组织特异性分化和功能。

尽管涉及复杂程度，但 3D 生物打印技术比其他制造芯片上器官的方法更有效。“我们的 3D 细胞打印系统使我们能够以高通量轻松制作气道原型，并允许我们将各种类型的细胞直接放置在气道结构的特定位置，以模拟细胞如何在自然组织中排列，” Park 说。“该技术可用于设计多种类型的芯片，甚至可以用于除气道以外的印刷器官模型。”

在动物和人体上测试药物是昂贵的，耗时的并且通常是不道德的，因此产生准确模仿人体器官的芯片上器官是推进药物的必要步骤。“我们的新模型可用于研究这些相互作用，并更好地了解它们在人类呼吸系统疾病中的作用，” Park 说。 “因此， 3D 细胞印刷的气道芯片可用作动物模型的有力补充，用于分析病理生理学和测试临床前阶段药物的效率。”