来源：EngineeringForLife
使用增材制造技术成功复制功能性组织尺度的生物结构需要同时实现规模化扩大以达到临床相关尺寸，并实现规模化缩小以整合内部血管样特征以支持高细胞活力。近期，美国锡拉丘兹大学Pranav
Soman团队报道了一种新的宏观组装方法，其中单独打印的双功能化甲基丙烯酸化明胶-氨基乙基甲基丙烯酸酯（GelMA-AEMA）模块带有内嵌的接种端口阵列和分支通道，可以组装成大规模可灌注构建体。使用接种端口阵列将支架制造与细胞化过程解耦，从而缓解了基于封装方法的打印时间限制。此外，还报道了一种开源、可扩展的多材料灌注生物反应器平台，用于促进多模块组装的粘接和灌注。模块定位由生物反应器壁引导，以辅助灌注通道的排列，从而提高可重复性。
相关研究成果以“Assembly of Cell-Seeded 3D Printed Hydrogel Modules with
Perfusable Channel Networks”为题于2026年4月6日发表在《Advanced Functional
Materials》上。
新的宏观组装方法
研究者提出了一种受到积木玩具启发的宏观组装方法：首先在CAD中设计带有分支灌注通道和垂直播种口的hydrogel模块（10×10×5
mm3），通过投影立体光刻技术进行打印。经过PBS和培养基清洗后，将模块载入生物反应器，并在界面间注入GelMA-AEMA树脂作为“胶水”。通过光交联固化（同时用注射泵引入无菌空气以防止通道堵塞），将多个模块粘合在一起（见图1a–h）。随后从顶部进行细胞接种，经过4天静态培养后，置于生物反应器中以3.33
μL/min的流速进行长达2周的灌注培养（见图1i–k）。该方法成功制备并灌注了两个模块（20×10×5 mm3）和十八个模块（60×30×5
mm3）组装体，验证了模块间通道的通畅性和密封性。
材料选择
评估GelMA‑AEMA作为打印材料的理化性能、细胞相容性和打印保真度。与GelMA相比，GelMA‑AEMA具有更快的交联（UV剂量：320±3
vs. 615±2
mJ/cm²，图2a–c）和极低溶胀（99.3±1.3%，几乎不膨胀，图2d），有助于稳定模块尺寸。打印保真度测试表明，该材料能可靠打印直径低至250
μm的通道，并成功构建带分支流路和波形播种口的复杂模块（图3）。综上，GelMA‑AEMA具快速光交联、低溶胀、良好相容性和高分辨率打印能力，是后续模块组装和灌注培养的理想材料。
灌注生物反应器的设计与制造
研究者设计并制造了一种新型多材料灌注生物反应器，以支持多模块组装和长期培养。该反应器采用FDM
3D打印，由刚性PCCF核心和柔性TPU外壳组成，集成了密封垫圈和针隔（图4a），避免了传统PDMS浇注的繁琐过程。材料筛选显示PCCF在37°C下抗蠕变性优于PCTG，最终选用PCCF/TPU组合。反应器设计迭代至V5版本，可适配1、2、6、18个模块，分别使用玻璃或丙烯酸窗（图4b）。该多材料生物反应器实现了水密无菌环境，累计使用超过8周无性能下降，并能通过反应器壁辅助模块对齐，为后续模块粘合和细胞灌注提供平台。
多模块粘合
随后，研究者利用光交联树脂粘合多个水凝胶模块的方法。先将打印好的模块在PBS和培养基中分别洗涤24小时（图5a,b），然后在相邻模块界面间注入50
μL
GelMA‑AEMA树脂作为胶水（图5c），将模块装入生物反应器并插入灌注针，加盖后使用光掩模限定光照区域（图5d）；在交联过程中以500
μL/min通入空气防止通道堵塞（图5e），经10分钟405
nm光照后胶水固化，酚红褪色指示交联完成（图5f）。粘合后的结构再于培养基中洗涤24小时（图5g），最终获得通道通畅、界面密封牢固且可用于细胞接种的多模块组装体（图5h）。该方法成功实现了两模块的可靠粘合，并可通过相同流程扩展到更大规模组装。
多模块可扩展性
随后，研究者展示了将组装方法扩展到更大尺寸的能力。通过PDMS模具快速制备带有单通道（约900
μm开放腔道）的GelMA‑AEMA模块，分别组装成6模块（30×20×5 mm3）和18模块（60×30×5
mm3）结构（图6a,d）。将模块加载到对应的生物反应器中，在每个界面注入50
μL树脂胶水，通气条件下进行20分钟的光交联（中途反转反应器）。结果表明，红色染料灌注时从入口到出口无泄漏（图6b,e），粘合后的结构可完整取出并置于PBS中不变形（图6c,f）。该方法成功实现了从2模块到18模块（约9000
mm3）的线性扩展，证明了该组装策略具有良好的可扩展性。
种植基质细胞
接种C3H10T1/2小鼠胚胎成纤维细胞到水凝胶模块后，培养24小时、放在透氧膜上，将200 μL细胞悬液（2×106
cells/mL）反复回吸20分钟，使细胞进入播种口。旋转90度，水化30分钟，再静态培养4天。切片染色显示，4天前细胞未充分附着，灌注当天已开始铺展，证明此策略能有效导入细胞并实现初步贴壁（图7）。
细胞生长两周
通过DAPI/Phalloidin染色和图像分析，对播种口内的细胞进行计数（图8a–d）。结果显示：Day 0、Day 7和Day
14的细胞数量逐渐增加，Day 14较Day 0有显著差异（ANOVA p<0.05）。全结构估计的细胞数从Day
0的3.07×105增至Day 7的3.77×105和Day 14的5.66×105（图8e,f）。此外，在模块内部的灌注通道网络中——包括1
mm（图9c,d）、500 μm（图9h,i）以及250
μm（图9n,o）的管腔——均观察到细胞衬附，表明细胞从播种口向营养供应通道迁移和定植。
全文总结
本文介绍一种宏观模块化组装策略，用于制作大尺寸组织工程构建物，包括用投影立体光刻打印的含有灌注通道的GelMA‑AEMA水凝胶模块，通过光交联粘合多个模块，并设计多材料3D打印的灌注反应器支持长时间灌流。此法将细胞接种与打印解耦，避免损害细胞活性。实验成功组装不同模块数的构建物，验证通道通畅密封。接种C3H10T1/2细胞，两周灌注培养后，细胞在播种口增殖，并迁移到微通道中形成细胞衬里，为临床尺寸、高细胞活性复杂组织提供扩展、易操作方案。
参考资料：
https://doi.org/10.1002/adfm.75239
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