Journal of Zhejiang University

Current Issue: <BDM>

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, quarterly; bimonthly since 2023

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Bio-Design and Manufacturing (BDM) reports new research, new technology and new applications in the field of biomanufacturing, especially 3D bioprinting. As an interdisciplinary field, topics of this journal cover tissue engineering, regenerative medicine, mechanical devices from the perspectives of materials, biology, medicine and mechanical engineering, with a focus on manufacturing science and technology to fulfil the requirement of bio-design.

Bio-Design and Manufacturing

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, Bimonthly

2023 Vol.6 No.5 P.507–521

Cover:

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<<< CONTENTS >>>

Research Article

Research Article: Benidipine-loaded nanoflower-like magnesium silicate improves bone regeneration

Jingyi Lu, Miao Sun, Jingyu Zhang, Xiaofu Yang, Minyi Dong, Huihui He, An Liu, Mengfei Yu, Baixiang Wang & Huiming Wang

DOI: 10.1007/s42242-023-00240-8 Downloaded: 2801 Clicked: 2021 Cited: 0 Commented: 0(p.507–521) <Full Text>

Chinese summary <27> 浙江大学医学院附属口腔医院王慧明等 | 载贝尼地平的纳米花样硅酸镁促进骨组织再生

本研究论文聚焦于负载药物的杂化纳米载体制备及应用研究。高血压是过早死亡的首要风险因素，常由心血管并发症引起。近年来，越来越多的研究发现高血压会影响钙摄入并加速骨丧失，因此临床上常用的抗高血压药对骨代谢的影响也值得被密切关注。其中，二氢吡啶类降压药贝尼地平具有抗氧化和细胞保护作用，对骨代谢也有积极影响。但由于贝尼地平的生物利用度低，局部大剂量应用会造成组织损伤。此外，大块骨缺损难以自愈，往往需要成骨因子的持续释放。将纳米制剂引入骨组织工程策略实现了药物的持续控释，有望加速骨缺损的愈合与再生。本研究以二氧化硅为模板，氯化镁为镁源，通过化学蚀刻技术合成硅酸镁纳米粒子，并将贝尼地平负载于粒子的中空结构中，构建出具有成骨效应的纳米花样制剂。通过理化表征检测到载贝尼地平的硅酸镁纳米粒子（BD-MSNs）显示出较高的封装效率和长效释放能力。通过荧光纳米粒子示踪、内吞途径抑制剂前处理和荧光强度检测等手段对其内化机制进行探索，发现BD-MSNs能够通过网格蛋白介导的内吞途径被细胞高效摄取并促进其向成骨方向分化。最终，具有自身治疗特性的硅酸镁纳米粒子通过负载贝尼地平，实现了二者的效应叠加，协同促进了大鼠颅骨缺损区的骨组织再生。本研究采用金属掺杂和药物负载制备的花状纳米制剂为高血压病理状况下的骨修复提供了新的策略。

Research Article: Microcurvature landscapes induce neural stem cell polarity and enhance neural differentiation

Ho-Yin Yuen, Wai-Sze Yip, Suet To & Xin Zhao

DOI: 10.1007/s42242-023-00243-5 Downloaded: 2659 Clicked: 1657 Cited: 0 Commented: 0(p.522–535) <Full Text>

Chinese summary <28> 香港理工大学赵昕杜雪课题组联合发表 | 微曲率结构诱导神经干细胞极性并增强神经分化

本研究论文聚焦于解析组织工程支架的连续微曲率结构对神经细胞行为的指导作用。长期以来，曲率一直被认为是影响细胞行为的重要构造参数，研究人员也逐渐对调节组织工程支架的微尺度曲率进而影响细胞命运产生兴趣。研究表明，神经细胞在发育过程中会发生剧烈的形态变化，并且曲率存在会对神经突生长起限制作用，但关于理解神经细胞如何受组织工程支架三维曲率影响仍存在较多空白。本研究中，作者制备了两种微曲率基板，分别为连续重复的凹面或凸面图案，进一步利用基板对N2a小鼠神经母细胞瘤细胞分化形态进行研究。结果表明，与之前报道的二维曲率限制神经突生长结论相比，连续的凹面或凸面图案均可显著增强神经细胞的极化和分化，且几乎不会引起细胞主体形态变化。神经细胞分化增强的特性，主要包括轴突增长、细胞核位移增加以及神经细胞标志物表达上调。通过理解微曲率结构影响神经元极化的方式，将为设计神经组织工程材料提供新的视角。

Research Article: Proof of concept of a self-tightening needle-less suture using a NiTi shape memory alloy

Adelaide Nespoli, Davide Ninarello, Enrico Bassani & Villiam Dallolio

DOI: 10.1007/s42242-023-00254-2 Downloaded: 2388 Clicked: 2558 Cited: 0 Commented: 0(p.536–549) <Full Text>

Chinese summary <27> 意大利Adelaide Nespoli等 | 使用镍钛形状记忆合金的自紧式无针缝合

本研究论文聚焦使用镍钛形状记忆合金的新型自紧式无针缝合。在外科手术中，缝合一般被认为是简单操作。然而，在某些情况下，缝合并不容易或不可行。在本文中，作者提出了一种由镍钛合金制成的新型自紧式无针缝合线，并进行了概念验证。新装置旨在克服传统缝合的两个苛刻步骤：针引入和手动打结。该新型缝合线仅由一根短镍钛合金线构成，其能够通过利用热弹性相变来改变形状。这种形状变化是通过使用温水将装置温度由手术室的温度（例如，20–22 °C）提高到32 °C来实现的。缝合包括两个步骤：缝合引入，即缝线处于打开状态；形状恢复（缝线闭合），由于镍钛合金材料的特殊伪弹性特性，在人体温度下本缝线将处于闭合状态。最后，本文验证了所提出装置的热和功能特性，证明了其简单性和有效性。

Research Article: 3D bioprinting of complex biological structures with tunable elastic modulus and porosity using freeform reversible embedding of suspended hydrogels

Zhuang Chen, Chuanzhen Huang, Hanlian Liu, Xu Han, Zhichao Wang, Shuying Li, Jun Huang & Zhen Wang

DOI: 10.1007/s42242-023-00251-5 Downloaded: 2649 Clicked: 2550 Cited: 0 Commented: 0(p.550–562) <Full Text>

Chinese summary <27> 山东大学陈壮&燕山大学黄传真等 | FRESH打印具有可调弹性模量和孔隙率的复杂生物结构

本研究论文聚焦于使用悬浮水凝胶的自由形式可逆嵌入（FRESH）打印方法打印具有可调弹性模量和孔隙率的复杂结构。目前，三维（3D）生物打印已被广泛用于构建硬组织，如骨骼和软骨。然而，构建具有复杂结构的软组织仍然是一个挑战。FRESH打印方法可以克服重力对打印结构的影响，有望成为制备复杂软组织的关键手段。本研究以海藻酸盐和明胶作为墨水基底，通过FRESH方法进行载细胞打印。首先，设计并制备了具有可调孔隙率和机械性能的生物墨水，通过FRESH方法在明胶颗粒支撑浴中进行挤出打印。使用流变仪测量墨水的流变性能对打印性进行了分析，并通过模拟进一步分析了油墨的挤出状态。此外，力学测试结果和微观形貌分别显示出打印结构具有可调的弹性模量和孔隙率。通过对FRESH工艺进行优化，实现了一系列复杂结构的打印。最后使用L929成纤维细胞进行载细胞打印，细胞在7天培养中表现出高的活力和良好的增殖特性。所有结果表明，设计的生物墨水具有良好的生物和机械性能，并且可以通过添加细胞相容性材料进一步提高细胞活力，在软组织的打印中显示出良好的潜力。

Review

Review: Recent advances in lung-on-a-chip technology for modeling respiratory disease

Jorge A. Tavares-Negrete, Prativa Das, Sahar Najafikhoshnoo, Steven Zanganeh & Rahim Esfandyarpour

DOI: 10.1007/s42242-023-00241-7 Downloaded: 2985 Clicked: 2237 Cited: 0 Commented: 0(p.563–585) <Full Text>

Chinese summary <27> 加州大学尔湾分校Rahim Esfandyarpour等 | 综述：用于模拟呼吸系统疾病的肺芯片技术最新进展

本综述论文聚焦用于模拟呼吸系统疾病的肺芯片技术的最新进展。随着模拟体内生物物理和生化特征的设备升级，组织工程方法(包括功能性肺组织方法)得到了完善。灌注培养是近年来随着微流控设备的引入而实现的基本生物物理特性之一。本综述将动态培养对体外维持肺细胞功能的重要性与呼吸系统疾病建模联系起来。探讨了构建肺细胞微流控模型所需的不同参数，以及它们在模拟吸烟、污染等外部因素引起的肺部疾病中的应用。强调了创建多器官芯片以建立更符合生理学的模型的可能性。综上，本文分别针对体外肺模型的构建方法和以肺器官芯片开发先进可靠的技术，从而分析呼吸系统疾病的病理生理学和筛选潜在的治疗方法，提出了其研究前景。

Review: Advanced strategies in the application of gelatin-based bioink for extrusion bioprinting

Jirong Yang, Huimin He, Duo Li, Qian Zhang, Lizhi Xu & Changshun Ruan

DOI: 10.1007/s42242-023-00236-4 Downloaded: 2729 Clicked: 2659 Cited: 0 Commented: 0(p.586–608) <Full Text>

Chinese summary <27> 中国科学院阮长顺等 | 推动明胶基生物墨水应用于挤出式生物打印的最新进展

本综述论文主要聚焦于明胶基生物墨水在克服可打印性、结构稳定性和细胞活性方面局限性的最新策略。合适的生物墨水在挤出式生物打印构建复杂组织中扮演着极其重要的角色。明胶是胶原蛋白的水解产物，不仅能模拟细胞外基质、支持细胞的功能，而且在一定条件下可以挤出成型，是公认地在挤出式生物打印中最具有前景的生物墨水之一。但明胶本身可打印性不高、形状保真度和稳定性较差，同时力学强度不足。因此，开发兼具良好打印性和生物活性的明胶基生物墨水以构建复杂的组织，并应用于特定的生物医学领域仍处于起步阶段。本文全面系统地总结了明胶基生物墨水在挤出式生物打印中提高可打印性、实现复杂组织构建的物理和化学方法和策略。首先，总体概述了用于挤出式生物打印明胶基生物墨水需要满足的性能和要求。其次，重点论述了明胶在克服可打印性、结构稳定性和细胞活性方面局限性的最新策略。在此基础上，进一步探讨采用明胶基生物墨水构建具有更好理化性能和生物功能的复杂组织未来发展所面临的挑战和前景，为开发理想的明胶基生物墨水提供参考和借鉴。

News & Views

News & Views: Pharmaceutical digital transformation in China: digital quality assurance takes the driver’s seat

Yuanyuan Ge, Meng Cao, Hui Cao, Bin Han, Jingchen Zhang, Zhengyu Yi, Yaowei Wu, Beifen Zhu, Keping Ruan, Yiyi Pu, Yi Zeng, Tongjing Tao, Zhenzhong Lyu, Hongmei Yuan & Guiliang Chen

DOI: 10.1007/s42242-023-00248-0 Downloaded: 2853 Clicked: 2006 Cited: 0 Commented: 0(p.609–615) <Full Text>

Chinese summary <27> 沈阳药科大学袁红梅、上海药品审评核查中心陈桂良团队 | 中国制药业的数字化转型：数字化质量保证崭露头角——“数字化转型正当时”

本文聚焦中国制药业的数字化转型发展。随着自动化、物联网（IoT）、人工智能（AI）、大数据等数字技术的发展，数字化越来越成为推动经济社会发展的核心驱动力。生物医药行业必须以数字化技术为引领，科学创新、深入实践，促进药品安全治理体系共建共享、互联互通，提高风险管理的预见性、靶向性、时效性。数字化质量保证（简称DQA）已逐步成为药品生命周期风险管理链条中最关键的步骤之一。在大量文献综述、问卷调查和专家共识的基础上，上海药品审评核查中心连同行业专家共同商讨制定《药品生产数字化质量保证技术要求》。该标准是我国药品数字化方面的首个团体标准，标准首次明确了DQA的概念和技术要求，填补了国内药品数字化领域空白。DQA作为一种自动化的GMP符合性评估工具，对主导GMP数字化具有重要的现实意义，可以加快国内医药行业的高质量现代化发展，有利于更加精准而且自动化的事前预警、事中控制、事后分析评价，对药品质量风险防控具有积极意义。该标准执行企业应用标准的实施成效显著，于2022年12月被收载为“上海标准”。