器官尺度合成血管网络的快速模型引导设计与生物制造应用

《SCIENCE》：Rapid model-guided design of organ-scale synthetic vasculature for biomanufacturing

来自国际团队的研究人员针对生物制造中器官尺度组织血管化难题，开发了模型驱动设计平台，通过多保真度计算流体力学(CFD)模拟和3D生物打印技术，实现血管网络生成速度提升230倍，成功在200余种工程/解剖模型中验证灌注效果，显著提升活体组织细胞存活率，为规模化人造器官生产突破血管化瓶颈。

　　

突破性研究构建了革命性的血管设计平台，将器官尺度合成血管网络的生成速度提升230倍。该模型整合血流动力学参数（包括分支点压力分布和层级树状结构中的流体模式），通过多保真度计算流体力学(Multifidelity CFD)模拟，实现任意复杂几何形状的血管网络优化设计。

研究团队利用该平台成功生成超过200种工程化及解剖学模型的血管网络，并通过三维生物打印(3D bioprinting)技术制造功能性血管网络。在生物反应器中的灌注实验证实，这种合成血管系统显著提升三维组织构建物的细胞存活率。

该突破性技术解决了生物制造领域的关键瓶颈——如何为宏观尺度人造器官建立高效灌注系统。模型驱动的设计方法不仅实现血管网络的快速生成，更通过精确模拟血流动力学特性（包括剪切应力和氧输送效率），为未来规模化生产可移植人造器官奠定技术基础。特别值得注意的是，该平台能自适应不同器官的特殊解剖结构，从微观毛细血管到宏观血管树均可实现拓扑优化。