综述：细胞负载多层中空管状结构的先进制造技术

这篇综述系统阐述了利用3D生物打印（3D bioprinting）、细胞嵌入式静电纺丝（cell-embedded electrospinning）、凝胶浇铸（gel casting）等前沿技术构建多层细胞负载管状结构的策略，强调生物反应器（bioreactor）在促进细胞分化与ECM沉积中的动态调控作用，为尿道、气管等管状组织再生提供了革命性解决方案。

　　

Abstract

中空管状组织在人体中承担着营养运输与废物清除的关键功能。当这些结构受损时，传统支架植入常伴随并发症。组织工程通过将细胞封装于生物材料支架内，为再生类天然管状组织提供了新思路。鉴于此类组织的多层复杂性，需采用先进制造技术实现对细胞分布和支架结构的时空精准控制。

技术前沿

当前突破性策略包括：

1. 3D生物打印：通过逐层沉积生物墨水（bioink）构建仿生管腔结构，如采用同轴挤出技术形成内皮-平滑肌双层血管；

2. 细胞嵌入式静电纺丝：将活细胞直接整合到纳米纤维（如PCL/gelatin）中，增强细胞-基质相互作用；

3. 自折叠细胞片：利用温度响应性培养皿（如poly(NIPAAm))制备的细胞片可自发卷曲成管状，保留细胞间连接蛋白（如connexin 43）；

4. 微流控辅助组装：通过层流精确控制胶原纤维排列，模拟天然基底膜（basement membrane）的拓扑结构。

动态培养系统

旋转壁式生物反应器（rotary wall bioreactor）产生的剪切应力可显著提升尿道上皮细胞的增殖活性，而灌注式系统能促进ECM成分（如胶原IV、层粘连蛋白）的沉积。气管再生中，周期性机械拉伸可诱导软骨细胞定向分化，提高糖胺聚糖（GAGs）含量达2.3倍。

临床转化潜力

在尿道修复中，复合骨髓间充质干细胞（BMSCs）的明胶-海藻酸支架展现出83%的吻合口愈合率；食管再生采用电纺丝纤维（fiber diameter=5.8±1.2μm）与口腔黏膜细胞共培养，成功重建了复层鳞状上皮。这些进展为器官芯片（organ-on-chip）和个性化医疗奠定了基础。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。