**背景与挑战**
传统的药物研发过程高度依赖于动物实验，但由于物种间的生理差异，这些实验往往无法准确预测药物在人体内的反应。尤其对于口服药物而言，小肠作为主要的吸收器官，其复杂的功能和结构使得构建一个精确的体外模型变得尤为关键。现有的二维transwell模型和平面肠芯片在模拟小肠的三维结构和功能方面存在明显局限，难以充分再现小肠内部微环境及其动态变化。
**创新解决方案**
为了应对上述挑战，科研人员采用了同轴生物打印技术来创建更加真实的IOC模型。该技术允许在同一时间点内同时沉积两种或更多种材料，从而能够构建出具有复杂内部结构的组织工程产品(http://www.maoyihang.com/invest/)。具体来说，研究人员选择了Caco-2（人结肠腺癌细胞系）、EA.hy926（人脐静脉内皮细胞）以及人小肠平滑肌细胞（HSISMC）这三种细胞类型进行培养，并详细制定了相应的培养条件和收集方法。
此外，他们还制备了不同成分的生物墨水，包括但不限于3%明胶、1%胶原蛋白、4%海藻酸盐等，并使用流变仪评估了这些材料的物理特性，确保它们适合用于生物打印。最终，借助三层同轴喷嘴与3D生物打印机，成功打印出了模仿小肠形态的管状结构，并将其稳定地固定在一个特制的芯片平台上。
**实验结果**
实验表明，采用3%明胶作为生物墨水可以实现细胞均匀分布且不影响Caco-2细胞活性；预交联的胶原蛋白则提供了稳定的打印性能，无需额外支撑材料；而海藻酸盐-胶原蛋白混合物由于其快速凝固性和高细胞活力支持能力，成为了一个理想的长期培养基质。
经过7天培养后，形成的管状结构展示了良好的细胞存活状态，通过三维共聚焦显微镜观察到上皮细胞、血管内皮细胞和平滑肌细胞形成了层次分明的结构，重现了小肠的真实生理构造。更重要的是，在动态培养条件下，IOC模型能够诱导生成超过100 μm高的绒毛结构，显示出比传统二维模型更强的屏障完整性和更高的MUC2表达水平，即更好的黏液分泌功能。同时，对于乙酰氨基酚等药物的代谢反应也符合预期，证明了其在药物测试中的可靠性和有效性。
**意义与展望**
这项研究开发的IOC模型不仅在结构上极大程度地模拟了人体小肠，而且在功能表现上也远超现有模型，特别是在模拟小肠吸收、保护屏障及药物代谢等方面表现出色。它为小肠研究和药物筛选提供了一个更为精准高效的平台，有助于加速新药发现进程并提高研发成功率。随着进一步的发展和完善，相信这一创新的肠芯片技术将在未来的医药领域发挥重要作用，为人类健康事业开辟新的篇章。
