发布日期：2025-10-27 浏览：138
美国加州大学欧文分校研究团队成功开发出集成生物电子元件的3D人造结肠模型，为结直肠癌研究与药物研发提供创新平台。这款模拟体内环境的三维人类结肠模型旨在提升精准医疗与个性化治疗水平，同时减少对动物实验的依赖，为科研提供更伦理、精准且经济的新型方案。
在《先进科学》期刊发表的研究中，加州大学欧文分校Samueli工程学院团队详细介绍了这款尺寸为5×10毫米的结肠复制品，其精准再现了人体结肠的关键解剖特征，包括弯曲形态、多层细胞结构及隐窝状凹陷。
论文通讯作者、加州大学欧文分校电子工程与计算机科学助理教授拉希姆·埃斯凡迪亚尔普尔表示："我们开发的3D-IVM-HC模型中的三维形态、曲线与隐窝结构，对于在微缩尺度保持真实细胞行为至关重要。由于该模型更精准地复现人类结肠生物学特性，其在药物筛选或治疗方案测试中，比动物模型或简单细胞培养能更准确预测患者反应。这正符合美国食品药品监督管理局专家寻求的强效非动物模型与新方法方向。"
突破动物实验局限
埃斯凡迪亚尔普尔解释说，该项目的启动源于对结肠疾病临床前测试局限性的认知。他指出啮齿动物研究中有近半数毒理学发现无法准确预测人类反应，而动物模型常忽略人类肿瘤生物学关键特征，且此类研究成本高昂，常需数年时间耗资数百万美元。
"我们的生物电子集成3D-IVM-HC模型解决了动物研究中的实践与伦理挑战，提供了一种基于人类细胞的无动物方案，有望实现快速、经济且可扩展的转化研究，"埃斯凡迪亚尔普尔强调，"通过消除物种差异，该模型能增强临床转化能力，为临床前研究开辟加速且符合伦理的新路径。"
技术实现与结构优势
该模型采用明胶甲基丙烯酰胺和海藻酸盐支架模拟结肠软组织，内表面覆盖人类结肠细胞，外层嵌入的成纤维细胞则帮助重建器官活体环境。埃斯凡迪亚尔普尔解释道："这种精密的结构布局促进了强效的细胞间相互作用，使细胞密度相较传统二维培养提升四倍，并可能增强生理相关性与屏障功能。"
药物测试与精准医疗应用
使用化疗药物5-氟尿嘧啶进行的测试显示，模型中的癌细胞表现出更强耐药性——需要近十倍剂量才能达到传统培养皿的效果。这种结果与真实患者肿瘤中的耐药现象一致，表明该模型在临床前药物筛选中具有更高准确性。
该模型还支持患者特异性应用。研究者设想通过活检样本培育个性化微型结肠，以评估针对不同患者的有效治疗方案。从两周培育到数日测试的完整流程，在保持生理真实性的同时，为动物研究提供了更快速、低成本的替代方案。
3D打印个性化药物的医疗前景
加州大学在该领域的进展正顺应制药行业个性化治疗的主流趋势。2023年，MB Therapeutics公司通过MED-U模块化3D打印机推进个性化按需治疗，与尼姆大学医院中心等机构合作开发定制药物方案，尤其针对儿科患者，有效降低给药误差并提升患者家庭生活质量。
英国生物科技公司FabRx则探索在社区药房通过3D打印实现胶囊填充自动化。其2025年研究旨在解决手动配药效率低下与人为误差问题，采用半固态挤出技术的3D打印机可实现更精准剂量与更高一致性。
马克斯·普朗克信息学研究所与加州大学戴维斯分校的研究人员另辟蹊径，开发出通过特定药片形状控制药物释放速率的3D打印工艺。这项技术为精准给药开辟了新可能，相较传统方法展现出显著优势。
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