综述：生物打印与合成生物学方法构建功能性内分泌胰腺结构

这篇综述深入探讨了利用生物打印（bioprinting）和合成生物学（synthetic biology）技术构建功能性内分泌胰腺的前沿进展，聚焦于解决糖尿病治疗中胰岛移植的供体短缺和免疫排斥问题。文章系统分析了细胞来源（如多能干细胞PSCs）、生物墨水（bioinks）选择及血管化策略，并强调了合成生物学对细胞行为编程的革新潜力，为开发体外模型和再生疗法提供了跨学科视角。

　　

生物打印与合成生物学：重塑糖尿病治疗的未来

生物打印内分泌胰腺以对抗糖尿病

糖尿病（DM）全球患者超5亿，传统胰岛素治疗无法根治疾病。胰腺内分泌部仅占1-2%，其中β细胞分泌胰岛素调控血糖。生物打印技术通过精确排列细胞和生物材料，可构建具有血管网络的胰岛结构，模拟天然器官功能。

生物打印技术的关键突破

• 挤出打印：主流技术，但剪切力可能损伤脆弱的胰岛。
• 光固化打印：如数字光处理（DLP）和体积生物打印（VBP），能在秒级完成厘米级构造，避免机械应力。VBP结合GelMA生物树脂，已实现高活性胰岛封装。
• 多材料策略：牺牲性墨水可创建血管通道，内皮细胞（如HUVECs）预植入促进移植后血运重建。

细胞来源的挑战与创新

• 原代胰岛：受限于供体短缺和纯度问题，体外存活仅6-8天。
• 干细胞衍生：人多能干细胞（hPSCs）分化为胰岛β细胞的技术日益成熟，但需解决多激素细胞混杂和葡萄糖响应不足的问题。
• 免疫豁免设计：通过HLA基因编辑创建“超免疫豁免”iPSCs，已在灵长类模型中实现长期血糖调控。

生物墨水的科学博弈

• 天然材料：藻酸盐（alginate）提供免疫隔离，但缺乏细胞粘附位点；脱细胞基质（dECM）保留天然信号，促进血管化和功能成熟。
• 合成优化：GelMA/胶原复合墨水平衡打印性与生物活性，而光交联dECM通过酪氨酸残基形成二聚体网络。

合成生物学的颠覆性应用

• 基因电路：光控胰岛素释放系统（如蓝光激活黑视蛋白）实现按需分泌；声遗传学（sonogenetics）通过振动调控激素释放。
• 发育重编程：SynNotch受体引导细胞空间分化，模拟胚胎胰腺发育的WNT/TGF-β信号层级。

未来展望

当前瓶颈包括规模化生产、移植后纤维化及合成基因电路的泄漏表达。跨学科融合（如机器学习优化光打印波前）将加速临床转化，最终实现“即插即用”生物人工胰腺的愿景。