从多篇论文总结，
生物材料管到再生血管还差什么？
上一期我们解读了同轴生物 3D 打印构建预血管化皮肤类器官的研究，读者反馈中最集中的疑问是：通道已成形、内皮细胞亦已贴附铺展，这是否等同于构建了血管？
这一疑问切中该领域的核心概念边界。本期将「血管化」拆解为五个证据等级，并对 2014–2025 年间 12 项代表性研究重新定级。
本文看点
- 概念界定：内皮化（endothelialization）≠血管化（vascularization）
- 技术论证：为什么血管化必须依赖 3D 打印
- 证据分级：12 项代表性研究（2014–2025）重新定级
- 方法学启示：验证等级、实验设计与装备能力清单
个证据等级（L1–L5）
项代表性研究重新定级
时间跨度
01 问题界定：先分清两件事——内皮化不等于血管化
血管化为何构成组织工程研究的共性前提？2026 年一篇发表于 Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 的皮肤生物打印综述给出了直观数据：没有灌注毛细血管时，单纯扩散供给营养的有效距离仅 100–200 μm；一旦组织厚度超过这个范围，深部细胞就会缺氧、营养匮乏，最终坏死。
因此，实现血管化是组织工程领域的核心议题。但不少研究在设计时回避了一个前提性问题：实验证据需达到何种程度，方可称为「血管化」？
内皮化（endothelialization）：在中空通道内壁，实现内皮细胞贴附、铺展，形成连续单层。它仅能证明内皮细胞可以在该材料表面存活。
血管化（vascularization）：要求高得多。结构能够承受血流压力；内皮形成具备选择透过性的屏障单层；通道能够和宿主循环连通，承担物质运输功能。
一篇合格的理想血管移植物，需要同时满足抗血栓、可缝合、可承压、长期通畅等指标。仅仅实现细胞铺满管壁，无法验证上述任何一项性能。
一个值得关注的案例是：2019 年华盛顿大学团队开发 3D 打印同轴喷头，制备出内壁铺满 HUVEC 的水凝胶管道，论文标题明确写着 toward modeling vascular endothelium（面向血管内皮建模）。作者在标题中即已完成定位：该构建体属于血管内皮体外模型，而非血管本身。
02 技术论证：为什么血管化必须依赖 3D 打印
Heilshorn 团队归纳微血管三大核心要素：中空管腔、分级分支网络拓扑、复杂信号微环境。其中管腔位置、管径大小、分支形态、管壁细胞组成，本质上属于几何与拓扑问题。不同成形路线的优劣，取决于能否可控实现上述结构。
本文将六类主流成形路线与血管化四项硬要求对照：
注模 / 模具成型：依赖刚性模具，只能制备直管或固定形态结构；无法在含活细胞的水凝胶内部按需布置通道，难以构建复杂分支拓扑。
传统静电纺丝：适合模拟纤维状 ECM，但纤维沉积具有随机性，难以精准控制管腔位置与内径。
熔融静电直写（MEW）：可制备微米级、高度有序且几何可编程的纤维支架，结构精度与可复现性显著优于传统静电纺丝；但其成形为逐层纤维网叠加，难以在含细胞水凝胶内部直接构筑封闭管腔与分支连通拓扑，且高温加工不支持细胞直接包封。
牺牲模板 + 浸涂：模板可预先设计，但管壁依靠多次浸涂成型，多层结构的均匀性受限。
微流控芯片：通道精度高，但属于 2.5D 平面光刻体系，很难扩展到厘米级三维网络；常用 PDMS 材料不适合体内植入。
生物 3D 打印：当前四项要求最均衡的成形路线。
增材制造路线的核心价值，来自以下四项能力，其中挤出式生物打印与 MEW 形成明确分工：
- 空间可编程：从 CAD 模型到打印路径，管腔位置、直径、分支与层间结构均可按预设设计输出。Sexton 等人 2025 年发表在 Science 的研究，将器官尺度血管树几何设计算法化，算法输出结果可直接生成打印路径；MEW 的纤维路径规划同属此类能力。
- 多材料、多细胞同步沉积：同轴乃至三同轴喷头，可以一步同步成型内皮层与平滑肌层（Gao 等，2019）。Jia 等人开发混合生物墨水搭配多层同轴挤出，兼顾打印性、力学可调性和细胞相容性。多材料、多细胞同步沉积为挤出式生物打印所独有——MEW 的熔融加工不含细胞，管腔与细胞分层仍需由生物打印完成。
- 与活性体系兼容：温和挤出、无溶剂、可原位交联，细胞存活率是硬性指标，这也是所有活细胞构建体系无法规避的约束。
- 参数化、可复现：流量、打印速度、温度、交联剂量均可数字化记录，保障实验可重复。Millik 团队甚至用光固化打印制备定制同轴喷头：增材制造贯穿从加工工具到组织结构的整条技术链。
综上，成形路线的结论可以明确：传统静电纺丝受沉积随机性限制；MEW 提供纤维级有序骨架，但难以直接构筑可灌注管腔；挤出式（同轴）生物 3D 打印提供可灌注管腔、多材料多细胞分层与活性体系兼容性。MEW 与生物 3D 打印可形成工艺互补，共同覆盖从纤维级仿生支架到器官级血管网络的结构构建需求；而结构生成之后的承压灌注、体内吻合与组织成熟，仍需配套灌注培养与功能验证方案。
03 评价标准：五个证据等级，各自需要何种证据
斯坦福大学 Heilshorn 团队 2022 年在 Biofabrication 的综述点明微血管构建难点：微血管需要同时实现中空管腔、分级分支网络拓扑、复杂信号微环境，没有任何单一技术，可以一次性重建全部三者。
基于上述判据，本文将血管化验证指标划分为五个等级：
L1 成管：打印获得中空通道。通道成型、内径均一，体外培养一周不塌陷、不堵塞；证据依靠截面形态学表征。仅证明体系可形成中空结构，尚未接种内皮细胞。
L2 成腔：通道内壁形成连续内皮单层。CD31 连续覆盖、VE-cadherin 线状连接，伴随基底膜沉积，壁细胞（周细胞 / 平滑肌细胞）包裹；白蛋白渗漏显著下降。证据必须依靠共聚焦 Z 轴连续扫描，单张切片不能证明内皮连续性。
L3 承流：可承受泵驱动流体灌注。在生理剪切力（1–10 dyn/cm²；动脉环境需耐受 80–120 mmHg 压力）下不渗漏、不破裂；内皮细胞产生流体剪切响应。到达 L3，该结构才首次具备血管的物理功能。
L4 接宿：与宿主循环连通。可以和宿主血管吻合，或实现自发连通；活体影像能够观察到红细胞持续流动，具备随访通畅率数据。
两个常见误区：造影剂渗透 ≠ 血细胞持续流动；宿主血管长入构建体，并不等于所打印通道已接入循环。
L5 承用：血管网络支撑器官特异性生理功能。例如肝组织实现功能补偿、提升动物存活率；血管网络完成器官特有的生理任务；实验设置对照组，大动物模型证据强度更高。
Nature Reviews Materials 2022 综述补充：血管网络必须同时满足尺寸层级和细胞层级——从动脉到毛细血管的直径梯度，搭配内皮-周细胞-平滑肌的分层细胞结构，二者缺一不可。
04 文献定级：12 项代表性研究的证据等级判定
本文选取 12 项代表性研究纳入该框架，覆盖同轴挤出、牺牲模板、嵌入式打印、投影光固化等技术路线，时间跨度 2014–2025。先看整体分布，再逐项解读。
L1–L2：内皮化证据
Millik 等，Biofabrication 2019：用光固化打印机制备定制同轴喷头，两种剪切稀化水凝胶共挤出，制备最小壁厚 / 内径约 150 μm 的水凝胶管道；管壁经 I 型胶原功能化后接种 HUVEC，形成管状内皮单层。管腔可流通染色液，全文定位为体外内皮模型。
上一期的同轴打印皮肤类器官（Advanced Science 2026）：定级 L1–L2。实现通道成型、内皮铺展，报道类微血管通透性。但公开报道中，未见泵灌注耐压、剪切响应标志物、血管吻合通畅率、红细胞连续流动影像证据。作为创面修复研究，该工作是合格的：小鼠全层皮肤缺损模型中，血管密度、胶原排布、瘢痕调控效果优于对照组。但它的核心目标不是制造血管，预置血管通道仅作为创面修复的手段。
L3：承流证据与概念边界
Lee 等，Biomaterials 2014：仅依靠细胞与生物基质，3D 打印带有开放管腔的可灌注血管通道；内皮衬里紧密融合，对血浆蛋白、高分子葡聚糖具备屏障功能；生理流动下，可支撑 5 mm 范围内组织细胞存活。该研究有一个容易被忽略的结论：静态培养下通道会自发血管出芽，生理流体流动反而抑制出芽，促进内皮成熟稳定。
Jia 等，Biomaterials 2016：GelMA、海藻酸钠与四臂 PEGTA 混合墨水，搭配多层同轴挤出；钙离子 + 光交联一步成型稳定、多层、可灌注中空管道；包封内皮与干细胞，细胞可在管内铺展增殖。核心贡献为生物墨水体系设计。
Grigoryan 等，Science 2019：以色素作为光吸收剂的投影光固化技术，数分钟成型带有双尖瓣、三维流体混合结构的多血管网络；灌注时红细胞随氧合状态发生颜色变化，将血管功能验证推进至流体力学层面。
L4：与宿主循环连通
Gao 等，Applied Physics Reviews 2019：同为同轴细胞打印路线，该研究推进至体内实验：储液辅助三同轴打印，采用血管来源 ECM 生物墨水，一步构建内皮层 + 平滑肌层双层小口径血管。体外成熟阶段系统优化壁厚、细胞排列、爆破压、拉伸强度与血管收缩性能；随后作为移植物植入 6 只大鼠腹主动脉。移植三周后，全部移植物保持通畅，内皮完整、平滑肌发生组织重塑，和宿主组织整合。
Levenberg 团队，Advanced Functional Materials 2025：毫米级主通道连接自组装微血管网络，构建贯通的分级血管系统；植入后和大鼠股动脉直接吻合，活体影像、组织学证实血液灌注以及宿主血管长入。
Dvir 团队，Advanced Materials 2025：多墨水一步打印人源血管化心脏组织；预设血管在生理条件下可收缩至毛细血管尺度，形成可灌注内皮网络，植入体内后可与宿主血管吻合。
L5：功能终点证据
顾奇团队，Advanced Materials 2025：针对高密度细胞肝组织“高细胞密度带来力学不足”的痛点，开发微凝胶-水凝胶杂化材料，以约 10⁸ 个细胞/mL 构建厚肝组织；嵌入式打印多尺度管网，术中直接和宿主血管吻合。在 85% 肝切除大鼠模型，实现肝组织功能补偿，延长动物存活时间，一次性完成承流、接宿、承用三级验证。
施雪涛、王迎军、梁锦荣团队，Nature Biomedical Engineering 2025：3D 打印水凝胶海绵体结构，外包应变限制白膜，内衬内皮细胞；在兔和猪大动物模型中开展植入实验，在动物模型中观察到器官特异性功能恢复，完成血管网络功能验证。
项：微血管必备特征（管腔/分支/信号环境）
只：三同轴移植物大鼠植入全部通畅
种：L5 级验证用到的大动物（兔、猪）
05 打印技术：同轴打印研究的证据等级差异与工艺成因
将上期皮肤类器官研究与 Gao 等（2019）对照，是全文最具启发性的比较：二者均采用同轴打印路线，一项止步于 L1–L2，另一项实现大鼠腹主动脉移植。二者差距并非打印成型能力，而是整套工艺体系的完备程度：
- 壁细胞（mural cell）是否补齐：Gao 三同轴实现内皮 + 平滑肌双层，平滑肌层提供力学支撑和收缩功能；仅单层内皮的管道，管壁薄、力学余量不足，很难成熟。
- 生物墨水的复杂度：该研究采用血管来源 ECM 墨水，保留天然胶原与多种生物活性分子，材料本身提供抗血栓能力与力学性能。
- 是否开展体外成熟（maturation）：打印只是起点。Gao 团队在体外成熟阶段系统测试壁厚、爆破压、拉伸、收缩能力，也就是 L3 级的验证内容。
- 验证终点的设定：Gao 研究对象就是血管移植物，终点为腹主动脉移植后 3 周通畅率；而皮肤类器官目标是创面修复，血管通道只是手段，验证终点停留在通道成型、内皮铺展。
内相：5%（w/v）明胶溶液，悬浮 HUVECs；内针头 22G
外相：GelMA 10% + Col1MA 3%（w/v），含 0.25% LAP，两前驱液 1:1 混合；外针头 17G
平台温度：10°C（沉积后低温定型）；打印完成后以 405 nm 光照交联
培养：37°C 培养，明胶芯溶解，形成中空通道，芯层内皮贴附内壁
同时应客观界定同轴技术的边界：同轴挤出须连续出丝以防渗漏，构建相互连通的分支血管网络仍是难点，与 Heilshorn 的结论一致——没有单一技术可以同时实现微血管三要素。工程上可行的互补路线，是以 MEW 构建管壁有序纤维骨架、以同轴打印构筑可灌注管腔。
据此，同轴打印当前最稳妥的定位，是 L1–L2 级内皮化通道的构建工具。
06 方法学启示：判据体系对研究设计的应用价值
立项阶段，应先明确验证终点所处的证据等级。
目标是给厚组织预置营养通道（L2），还是构建可移植功能血管（L4 及以上）？终点不同，材料、设备、动物模型的选择完全不同。以 L2 级证据支撑 L5 级结论，是该领域最常见的研究错位。
评估文献时，可采用「三问定级法」快速定级：通不通、通到哪、通了有用吗。可快速判定一篇「血管化」相关论文的证据层级，避免仅依靠形态学图像做出误判。
向更高等级推进，领域内已有成熟路线。Heilshorn 团队提出的路径为：打印中空内皮化介观基础 → 生化与生物物理信号诱导出芽，形成毛细样网络 → 条件化灌注培养促进组织成熟，对应 L2 → L3 → L5。Lee 等的研究提示，流动条件并非统一参数，各阶段培养条件不可直接沿用。
仅构成内皮化证据；
通道能够承压灌注、与宿主循环连通
并在器官中执行生理功能，
方构成血管化。
证据等级决定研究结论的边界——
对论文如此，对任何一项技术方案，亦是如此。
📄 声明
Panospace 将持续关注生物 3D 打印中的材料选择、工艺参数、结构设计与实验验证，帮助科研人员从理解论文结果，进一步走向理解打印方法与实验过程。
本文为科研文献解读，内容仅供学习与交流，不构成任何诊疗建议、用药指导或产品性能承诺；文中涉及的技术与实验结果均处于研究阶段，尚未应用于临床。
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