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.6 P.617-741

Cover:

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<<< CONTENTS >>>

Review

Biomanufacturing in Japan: frontier research from 2018 to 2023

Qing Cao, Yangqianhui Zhang, Runyi Deng, Kai Ren, Huayong Yang & Dong Han

DOI: 10.1007/s42242-023-00261-3 Downloaded: 12065 Clicked: 2343 Cited: 0 Commented: 0(p.617-645) <Full Text> <PPT> 1696

Chinese summary <32> 浙大机院韩冬等|日本生物制造前沿研究-2018-2023

本综述论文聚焦近5年日本在生物制造领域的最新研究进展。生物制造（BM）是一个跨学科领域，它利用生物体的特性和工程学原理，生产可用于医药、能源、环境等领域的高附加值产品。在过去的二十年里，BM经历了一个显著的转变，进入了4.0时代，并成为可持续革命的关键驱动力。值得注意的是，日本在BM上取得了重大进展，包括新型材料、先进工艺和多学科上的应用等。然而，由于某些发展政策的原因，相关研究尚未在国际上得到广泛关注。在本综述中，我们全面概述了日本著名实验室和学者在生物医用材料、生物3D打印和生物医学应用方面的研究进展。同时，也指出了目前日本BM存在的挑战和前景。本文提出的观点旨在为后续研究学者提供有价值的参考。

Design and realization of lung organoid cultures for COVID-19 applications

Bing Ren, Tryanni R. Chiaravalloti, Nadine L. Belony, Diana I. Romero, Wenxuan Chai, Christopher Leon, Lizi Wu, Nazarius S. Lamango, Ite A. Offringa & Yong Huang

DOI: 10.1007/s42242-023-00255-1 Downloaded: 3301 Clicked: 2938 Cited: 0 Commented: 0(p.646-660) <Full Text>

Chinese summary <29> 佛罗里达大学Yong Huang等 | 面向COVID-19的肺类器官的设计与实现

本综述论文聚焦面向COVID-19的肺类器官的设计与实现。新冠疫情（COVID-19）在全球蔓延并威胁到公共卫生安全。能够表现特定组织和器官的结构和功能的先进体外模型对于 COVID-19 相关病理学研究和药物筛查的需求量很大。三维体外培养组，如自组装和组织工程类器官培养组，在增加细胞复杂性、构建人体内更类似的环境和降低成本方面，均超越了传统的二维培养和动物模型，因此它们是了解病毒发病机制和开发新疗法的有前途的平台。本综述重点介绍了用于COVID-19研究的自组装和工程类器官技术的最新进展，并讨论了其挑战和未来前景。

The prospects for bioprinting tumor models: recent advances in their applications

Changru Zhang, Xiaoqin Qiu, Yu Dai, Weiqing Kong, Yihao Liu, Haoyi Niu, Chengwei Wang, Xuelian Mi, Hui Wang, Ya Ren, Han Yang, Kerong Dai & Jinwu Wang

DOI: 10.1007/s42242-023-00247-1 Downloaded: 3990 Clicked: 3956 Cited: 0 Commented: 0(p.661-675) <Full Text>

Chinese summary <30> 上海交通大学医学院附属九院王金武教授等 | 生物打印肿瘤模型的最新应用进展与前景

本综述论文聚焦生物打印肿瘤模型的最新应用进展与前景。从患者来源的肿瘤细胞制备的三维（3D）肿瘤模型已被报道能够在体外模拟原位肿瘤的一些生物发展过程。这些3D肿瘤模型与体内肿瘤具有几个重要的共同特征。因此，它们在肿瘤建模、肿瘤药物筛选和精准靶向肿瘤治疗方面具有很大的应用前景。然而，肿瘤模型的建立面临着一些挑战，包括尺度大小的提升、可重复性、时间和空间上的精确结构、血管化和肿瘤微环境。最近，生物打印技术使得细胞、因子和材料的编辑性排列得以改善，进而提升肿瘤模型在体外的模拟效果。在3D生物打印的肿瘤模型中，类器官模型因其保持高度异质性和模拟肿瘤组织发展过程的优势而受到广泛关注。在本综述中，我们概述了肿瘤模型生物打印的方法和潜在前景，并讨论了肿瘤模型构建中现有的生物打印技术和生物墨水。肿瘤病理学、分子生物学、材料科学和增材制造的多学科结合将有助于克服肿瘤模型构建的障碍，通过考虑体外模型的结构和功能特点，推动异质性肿瘤精准治疗的发展。

Research Article

Polyvinylpyrrolidone-based bioink: influence of bioink properties on printing performance and cell proliferation during inkjet-based bioprinting

Wei Long Ng, Xi Huang, Viktor Shkolnikov, Ratima Suntornnond & Wai Yee Yeong

DOI: 10.1007/s42242-023-00245-3 Downloaded: 4172 Clicked: 2483 Cited: 0 Commented: 0(p.676-690) <Full Text>

Chinese summary <31> 南洋理工大学Wei Long Ng | 聚乙烯吡咯烷酮生物墨水：基于喷墨的生物打印过程中生物墨水特性对打印性能和细胞增殖的影响

本研究论文聚焦基于喷墨的生物打印过程中生物墨水特性对打印性能和细胞增殖的影响。在生物打印技术中，基于按需（DOD）形成液滴的生物打印方法可以实现微升/纳升的载细胞液滴的非接触式沉积，从而促进细胞-基质和细胞-细胞之间的相互作用。尽管生物墨水在打印过程中起着至关重要的作用，但研究者对于生物墨水对打印性能（液滴拉伸，卫星液滴的形成以及液滴溅射）和细胞健康（存活率和增殖）的影响仍是知之甚少的。本研究中使用惰性聚乙烯吡咯烷酮（PVP360，摩尔质量360 kDa）聚合物来调节生物墨水的物理特性，并借此研究生物墨水特性对打印质量和细胞健康的影响。实验结果表明生物墨水的粘弹性有助于稳定丝从喷嘴处的断裂过程。高度拉伸的丝导致了排列整齐的卫星液滴的形成，最大限度地减少了卫星液滴相对预定位置的偏移。其次，生物墨水的粘度在避免了液滴溅射的同时显著提高促进了液滴在湿基底的沉积精度。进一步分析表明高粘度的含细胞生物墨水由于为载细胞液滴撞击基底表面时提供额外缓冲（更高的能量消耗），而展示出较高的细胞存活率和细胞增殖能力。了解生物墨水的特性（如生物墨水的粘弹性和粘度）对打印性能和细胞增殖的影响对新型生物墨水的研发至关重要，我们已经展示了基于活细胞的精准DOD沉积，并利用简便的方式制备了含有多细胞体积可调（nL–µL）的细胞球。

Rapid printing of 3D porous scaffolds for breast reconstruction

Pengcheng Zhao, Biling Wang, Lu Wang, Zexin Fu, Jun Hu, Yande Liu, Ji Wang & Yong He

DOI: 10.1007/s42242-023-00253-3 Downloaded: 3822 Clicked: 2411 Cited: 0 Commented: 0(p.691-703) <Full Text>

Chinese summary <30> 浙江省人民医院吴溯帆、浙江大学贺永团队 | 生物3D打印在乳房重建中的探索

本研究论文聚焦于将3D打印多孔假体与脂肪胶（SVF-gel）结合应用于乳房重建。乳腺癌是全球女性中最常见的癌症，占所有女性癌症的三分之一。大部分女性选择了全乳房切除手术治疗，这种方式可能会让她们产生焦虑和抑郁，而乳房重建则可以改善乳房缺失女性的心理、身体和性健康。目前，乳房切除术后乳房重建的主要方式是自体脂肪填充和假体再造。其中，自体脂肪填充需要大量的脂肪，以及它的流动性较大导致乳房塑形相对困难，这需要外科医生丰富的经验才能做到。而另一种乳房重建的方法就是假体再造，假体较自体脂肪具有更好的塑形能力以及可定制化，但这种方式对生物材料的依赖性较大。本研究提供了一种生物相容性良好的生物墨水组合（PEGDA&F127DA），使用投影式生物3D打印工艺制造出多孔的假体。该假体表现出类似自然乳房的模量以及良好的生物相容性。同时将植入了SVF-gel的假体植入到裸鼠体内的观察结果发现，该方法运用了自体脂肪和假体的优势，达到了乳房重建的效果。相信在不久的将来，这种结合假体再造和自体脂肪填充的方式将在乳房重建中有较好的应用场景。

Highly specific characterization and discrimination of monosodium urate crystals in gouty arthritis based on aggregation-induced emission luminogens

Wenjuan Wang, Guiquan Zhang, Ziyi Chen, Hanlin Xu, Bohan Zhang, Rong Hu, Anjun Qin & Yinghui Hua

DOI: 10.1007/s42242-023-00252-4 Downloaded: 3216 Clicked: 3174 Cited: 0 Commented: 0(p.704-717) <Full Text>

Chinese summary <27> 复旦大学附属华山医院华英汇&华南理工大学秦安军课题组联合发表 | 基于聚集诱导发光技术高度特异性识别痛风性关节炎中的尿酸钠晶体

本研究论文聚焦基于聚集诱导发光技术高度特异性识别痛风性关节炎中的尿酸钠晶体。目前，国内外用于诊断痛风性关节炎的技术具有操作复杂、灵敏度较低的局限性，本研究目的是利用聚集诱导发光（AIE）技术探索高度特异性识别尿酸钠（MSU）晶体的探针分子，并协助痛风性关节炎的临床诊断。首先，基于MSU晶体结构的独特性，7种TPE探针被设计。它们分别与标准样品MSU晶体混合后，通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）对每种混合样品进行荧光成像，TPE-Ketoalkyne被筛选为荧光成像效果最佳的AIE探针。此探针被用于MSU晶体、羟基磷灰石（HAP）晶体和MSU/HAP等比例混合样品的CLSM成像。结果显示TPE-Ketoalkyne可以快速、高效地标记MSU晶体，并且能够特异性区分MSU和HAP晶体，同时其良好的生物安全性被验证。此外，与金标准补偿偏振光显微镜（CPLM）成像方法相比，TPE-Ketoalkyne探针标记样本后的荧光成像操作更为简便，只需根据紫外光照射下的样本有无荧光聚集发光现象即可判断。最后，研究进一步通过CLSM时间序列和三维体外成像验证了TPE-Ketoalkyne动态标记痛风性关节炎患者关节中MSU晶体的过程。总的来说，我们发现了AIE探针分子TPE-Ketoalkyne可以高度特异性标记MSU晶体并且辅助痛风性关节炎的诊断，同时可能为未来MSU晶体相关疾病的研究提供帮助。

Accelerated fracture healing by osteogenic Ti45Nb implants through the PI3K–Akt signaling pathway

Jia Tan, Jiaxin Li, Zhaoyang Ran, Junxiang Wu, Dinghao Luo, Bojun Cao, Liang Deng, Xiaoping Li, Wenbo Jiang, Kai Xie, Lei Wang & Yongqiang Hao

DOI: 10.1007/s42242-023-00250-6 Downloaded: 3687 Clicked: 2446 Cited: 0 Commented: 0(p.718-734) <Full Text>

Chinese summary <29> 上海交通大学医学院附属九院郝永强教授团队 | 具有促成骨活性的Ti45Nb植入物通过影像PI3K-Akt信号通路来加速骨折愈合

本研究论文聚焦Ti45Nb植入物对骨愈合的积极作用。骨折治疗的关键是稳定的内固定，目前，我们亟需一个兼具生物学活性与适合机械强度的固定装置。钛铌合金因其出色的生物相容性和耐腐蚀性而受到关注，被视为新型骨折固定材料的有力候选者。不过，关于其在骨折愈合中的具体效应和作用机制，我们尚缺乏深入了解。为此，我们针对Ti45Nb进行了一系列的实验评估。在体外实验中，Ti45Nb展现了优越的细胞相容性，能够促进MC3T3-E1细胞的粘附和增殖，且不具细胞毒性。对比Ti6Al4V，它更能推动MC3T3-E1细胞向成骨细胞分化。此外，关键骨相关基因和蛋白在Ti45Nb的影响下表达增强，尤其是PI3K-Akt相关蛋白，暗示Ti45Nb通过调控该信号路径来促进骨愈合。在体内实验中，Ti45Nb组对比Ti6Al4V组显示出更快的骨折愈合速度，同时还证实了其良好的生物兼容性。免疫组化分析进一步证实了Ti45Nb通过调节PI3K-Akt信号来促进骨生成。总的来说，我们的发现证实了Ti45Nb在骨愈合中的积极作用，尤其是它激活的PI3K-Akt信号路径，有巨大的临床应用转化前景

Editorial

What’s next toward the bio-design and manufacturing field?

Liang Ma & Huayong Yang

DOI: 10.1007/s42242-023-00260-4 Downloaded: 3232 Clicked: 2300 Cited: 0 Commented: 0(p.735-741) <Full Text>

Chinese summary <29> What’s next toward the bio-design and manufacturing field？

依托浙江大学创办的英文期刊Bio-Design and Manufacturing（BDM）为学术交流平台的第三届国际生物设计与制造，生物材料国际大会（BDMC2023）于2023年8月6日-8日在新加坡成功召开。BDM的主编、本届大会主席浙江大学机械工程学院杨华勇院士，邀请了新加坡国立大学葛树志院士、新加坡南洋理工大学Paulo Bartolo教授、英国牛津大学英国皇家工程院崔占峰院士（BDM的共同主编）以及新加坡科技设计大学Chee Kai Chua教授为本次大会的共同主席。本次大会由浙江大学主办，并得到了承办方新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学以及International Journal of Bioprinting（IJB）杂志的大力支持。来自12个国家（新加坡、中国、美国、英国、印度、葡萄牙、德国、沙特、阿联酋、奥地利、波兰、新西兰）、64所高校和科研院所以及5家医院的160余位医工交叉领域的专家学者以及年轻的博后和博士生，在三天高强度的学术信息刺激中，每位参会者都感到紧张、兴奋而愉悦，似乎都被BDMC2023丰厚的学术盛宴和浓郁的文化气息融化，这种氛围一直延续到8日下午6点闭幕的最后一刻。