3D生物打印细菌生物膜在助力抗菌耐药药物体外模型构建中的应用
2026-09-18 来源:本站 点击次数:18
导语
细菌生物膜是造成慢性感染、院内感染反复发作的元凶。当细菌形成生物膜之后，对抗菌药物的耐药性可提升10 1000倍，传统二维平板培养很难还原体内真实生物膜微环境，严重影响抗菌药物筛选结果的可靠性。
《Biofabrication》一篇研究利用海藻酸盐双交联体系，成功3D生物打印出成熟细菌生物膜，完整复现生物膜完整生命周期，开展抗菌药敏测试。相较于实验室自制设备，CELLINK BIO X 生物 3D 打印机可以标准化复现整套实验流程，搭建高仿真的体外生物膜耐药模型，为抗耐药菌药物研发提供更贴近临床的研究工具。
科研过程与实验结果
该研究选取大肠杆菌、MSSA、MRSA、铜绿假单胞菌等临床常见致病菌，采用钙 钡双交联海藻酸盐生物墨水开展细菌生物打印。完整实验流程分为生物墨水制备、3D 生物打印、后交联、长期培养、抗菌药敏检测五大环节。
科研人员将细菌均匀混合于预交联海藻酸盐水凝胶得到生物墨水，打印得到实体、多孔两种构型，厚度覆盖 0.25 mm 4 mm；打印完成后浸泡氯化钡溶液完成二次交联，提升水凝胶支架力学稳定性，实现最长 28 天的长期体外培养，借助共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察生物膜生长、成熟全过程。
核心实验结果
CELLINK BIO X 在本实验中的关键作用
原文实验采用课题组自制挤出式打印机，而CELLINK BIO X 搭配注射器泵打印头（Syringe Pump Printhead），可以标准化复刻整套实验条件，消除自制设备带来的人为差异，让实验具备可重复性。
总结
这项研究证实，借助 3D 生物打印技术可以构建成熟、高仿真细菌生物膜体外模型，弥补传统二维培养的短板，为抗菌耐药药物筛选、感染机制研究提供全新手段。将 CELLINK BIO X 用于该方向，能够把课题组自制设备实现的科研成果转化为标准化、可复现的实验平台，助力国内耐药菌相关基础研究与新药开发。
上海迹亚国际商贸有限公司，是瑞典 CELLINK 品牌国内授权经销商，可提供 CELLINK 全系列设备的选型咨询、安装调试、技术培训以及全周期维保服务，为国内科研单位提供完整的生物3D打印解决方案。
细菌生物膜是造成慢性感染、院内感染反复发作的元凶。当细菌形成生物膜之后，对抗菌药物的耐药性可提升10 1000倍，传统二维平板培养很难还原体内真实生物膜微环境，严重影响抗菌药物筛选结果的可靠性。
《Biofabrication》一篇研究利用海藻酸盐双交联体系，成功3D生物打印出成熟细菌生物膜，完整复现生物膜完整生命周期，开展抗菌药敏测试。相较于实验室自制设备，CELLINK BIO X 生物 3D 打印机可以标准化复现整套实验流程，搭建高仿真的体外生物膜耐药模型，为抗耐药菌药物研发提供更贴近临床的研究工具。
科研过程与实验结果
该研究选取大肠杆菌、MSSA、MRSA、铜绿假单胞菌等临床常见致病菌，采用钙 钡双交联海藻酸盐生物墨水开展细菌生物打印。完整实验流程分为生物墨水制备、3D 生物打印、后交联、长期培养、抗菌药敏检测五大环节。
科研人员将细菌均匀混合于预交联海藻酸盐水凝胶得到生物墨水，打印得到实体、多孔两种构型，厚度覆盖 0.25 mm 4 mm；打印完成后浸泡氯化钡溶液完成二次交联，提升水凝胶支架力学稳定性，实现最长 28 天的长期体外培养，借助共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察生物膜生长、成熟全过程。
核心实验结果
- 完整复现生物膜五步生命周期 这是首次在体外 3D 打印体系完整观察到生物膜全部生命阶段：浮游细菌黏附、微菌落聚集、群体感应激活、胞外基质分泌成熟、生物膜解离扩散，高度模拟体内感染发生发展过程。
- 结构厚度直接影响细菌生长状态 多孔结构更利于营养、氧气扩散，更适配大肠杆菌这类好氧菌生长；薄构建物细菌增殖更快，但机械稳定性差；厚无孔构建物可营造低氧微环境，适合铜绿假单胞菌生长。氯化钡交联浓度大于 10 mM 时，更容易形成致密生物膜。
- 3D 生物膜显著提升细菌耐药表型 MRSA、MSSA 的 3D 打印生物膜，对甲氧西林耐药性远高于传统 2D 培养；大肠杆菌生物膜厚度越大，对四环素的抵抗能力越强。充分证明：3D 生物膜模型能够还原临床中所见的药物耐受现象，2D 模型会低估真实耐药水平。
- 可开展标准化抗菌药物测试 基于该模型可以完成药敏实验，对比不同药物对成熟生物膜的清除效果，用于抗菌药物筛选、药效评估。
CELLINK BIO X 在本实验中的关键作用
原文实验采用课题组自制挤出式打印机，而CELLINK BIO X 搭配注射器泵打印头（Syringe Pump Printhead），可以标准化复刻整套实验条件，消除自制设备带来的人为差异，让实验具备可重复性。
- 机械柱塞挤出，匹配海藻酸盐细菌生物墨水 选用注射器泵打印头，电机直接推动注射器柱塞实现机械力挤出，区别于气动挤压，流量输出高度稳定，适配预交联高粘度海藻酸盐，避免剪切力损伤细菌，保障打印后细菌高存活率。
- 高精度打印，实现多构型、多厚度构建物制备 支持 32G（内径 108 μm）超细喷嘴，XY 轴高精度运动，可打印实体、多孔网格结构，可控制备 0.25 4 mm 不同厚度自立水凝胶结构，匹配研究中不同实验组设计。
- 无菌舱体，适配细菌长时间培养需求 整机内置 UV C 灭菌系统，打印舱可实现充分灭菌，降低杂菌污染风险，满足长达 28 天生物膜培养对无菌环境的严苛要求。打印完成取出样品，即可开展 Ca²⁺、Ba²⁺二次离子交联，和论文后处理工艺完全兼容。
- 模块化可拓展 模块化打印头设计，后续可灵活拓展其他生物墨水与打印工艺，除细菌生物膜之外，还可以开展组织工程、类器官、器官芯片等方向研究，一台设备支撑多方向科研。
总结
这项研究证实，借助 3D 生物打印技术可以构建成熟、高仿真细菌生物膜体外模型，弥补传统二维培养的短板，为抗菌耐药药物筛选、感染机制研究提供全新手段。将 CELLINK BIO X 用于该方向，能够把课题组自制设备实现的科研成果转化为标准化、可复现的实验平台，助力国内耐药菌相关基础研究与新药开发。
上海迹亚国际商贸有限公司，是瑞典 CELLINK 品牌国内授权经销商，可提供 CELLINK 全系列设备的选型咨询、安装调试、技术培训以及全周期维保服务，为国内科研单位提供完整的生物3D打印解决方案。
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