随着3D打印技术的发展，医疗3D打印也取得了长足的进步，如3D打印的胃模型，以及舌头和肝脏，甚至3D打印的胰腺。众所周知，该技术没有经常用于研究消化系统最重要的部分之一，许多人知道的小肠实际上是大肠的两倍。它由三个不同的区域组成，位于胃肠道和大肠之间。称为绒毛的小突起可以从我们吃的食物中吸收营养和矿物质，所以它是一个非常重要的器官。直到现在，研究人员一直无法在重现现实条件的小肠的现实模型中研究肠道生物学。但康奈尔大学的研究团队正在改变这一点，并采用3D打印技术来做到这一点。

为此，康奈尔大学研究人员与马里兰大学约翰霍普金斯大学和新加坡国立大学进行了研究。他们在微观尺度上打印了人造小肠系统，其实际上模拟了肠表面的形貌和上皮细胞需要生长，功能和繁殖所需的流体流动。该团队指出，这是第一个精确重新创建蠕动流体流的小肠模型。

“肠道是我们大多数免疫系统的所在地，也是我们所有营养物质被吸收的地方，因此作为人类或多细胞动物来讲，我们的肠道是我们与外部世界互动的核心。”康奈尔生物与环境工程系教授兼主席John C. March解释说，“我们越了解我们的肠道如何工作，我们越能开发医疗解决方案并获得人类生物学进化的见解。”

作为由国立卫生研究院（NIH）资助的研究的一部分，研究人员在本月初发表了一篇题为“用于原位表征GI上皮细胞生理学的微尺度生物反应器”的科学报告。

March是本文的资深作者，他的实验室研究员Cait M. Costello是第一作者，其他合著者包括Mikkel B. Phillipsen、Leonard M. Hartmanis、Marek A. Kwasnica、Victor Chen、David Hackam、Matthew W. Chang和William E. Bentley。

摘要如下：“模拟现实体内系统的体外人造小肠的发展将大大提高我们对人类肠道的理解及其对人类健康的影响。合成体外模型可以控制特定参数，包括（但不限于）细胞类型、流体流动、营养物质和气体交换。它们也是‘开放’的系统，可以获得化学和生理信息。在这项工作中，我们展示肠表面形态和流体动力学的重要性，显示它们影响上皮细胞生长、增殖和肠细胞功能。我们已经构建了一个使用3D打印和聚合支架构建了小肠生物反应器，其模拟肠道的3D形貌及其流体流动。我们的研究结果表明，静态2D Transwell设备中TEER测量值通常较高，与平板式支架和静态条件相比，在存在液体剪切和3D形貌的情况下较低。还有增加的细胞增殖和发现的细胞凋亡升高的局部区域，特别是绒毛的顶端，其中最高的细胞。类似地，葡萄糖被积极地运输（而不是被动的），并且以较高的速率流动。”

在本文中，研究人员解释说，在支架上的3D绒毛环境中生长的上皮细胞能够获得与平坦表面上生长的细胞不同的营养梯度，如氧气。该团队利用其3D打印生物反应器系统深入了解小肠内流体动力学。即使一个人正在禁食，肠内间歇性流动使其细胞暴露于剪切应力，所以重要的是能够重新创建这个动作。

AutoCAD Inventor用于设计生物反应器，然后将3D打印在Stratasys Objet30 Pro上。研究表明，通过在3D打印模型中重新创建蠕动流，细胞可以通过在活肠中实际生长。如果流体在器官内正确流动，细胞将在绒毛尖端附近选择性地死亡。然而，如果这个流程不在那里，细胞会自毁。

研究人员还能够研究小肠细菌群体的动力学，这得益于其3D打印生物反应器中精确的流体流动。