在围绕医学和生物医学技术迅速发展的时代，个性化医疗仍然是一个尚未实现的梦想。以癌症为例，尽管抗癌治疗药物的数量非常庞大，但要确定对特定患者有效的一种药物或多种药物的组合目前仍然不太可能实现。究其主要原因，是源于患者肿瘤中过于复杂、三维和动态的微环境——这意味着一个月后再次见到的肿瘤与第1天观察到的同一肿瘤可能完全不同。更糟糕的是，这仅是单个患者的肿瘤内异质性。肿瘤间的异质性进一步增加了个性化医疗的难度——尽管患者1与患者2患有相同类型的肿瘤，但它们却可能截然不同，并且下次这两个患者都就诊时，这两个肿瘤之间的这种差异可能已经再次发生了很大的变化。 似乎大家都知道这些问题的存在，但在实际中有哪些方法可以让我们更接近实现个性化医学的目标呢？在过去几十年中，随着人类基因组学的重大进步，精准医学的概念应运而生，该医学依赖于患者肿瘤的分子和遗传特征来选择针对特定患者的治疗药物[1]。然而，无论是在化学疗法[2,3]还是在免疫疗法[4]中，通过找到特定的生物标志物转化为成功的临床结果的效率通常都低于30％。 因此，人们越来越意识到，癌细胞和相关细胞的时空分布以及在肿瘤微环境中将它们组装在一起的基质，在引导肿瘤如何发展、扩散，和对治疗药物产生反应等方面起着至关重要的作用。传统的平面、静态细胞培养模型无法模拟其各自的天然组织，因此人们开始思考更可靠的替代方法。在进行个性化癌症治疗时，一个巧妙的想法在于使用源自患者的异种移植模型，其中将从患者获得的癌症活检组织植入到动物宿主（通常为小鼠）中，以重建部分人源化、具有患者肿瘤特征的肿瘤生长。不幸的是，过高的动物、劳动力和时间（可长达6-8个月）成本以及较低的成功率（10%-30％）大大限制了这些异种移植模型的使用[5]。到目前为止，我们将癌症作为个性化医疗问题的一个例子进行了详细阐述，但该讨论同样适用于许多其他类型疾病的治疗。 最近，随着一系列工程技术的不断增强，一个新的领域即组织模型工程出现了。该领域建立在长期存在的组织工程学概念之上[6]，但与其生成替代组织来维持、修复或增强人体功能的目标不同，组织模型工程学试图在体外构建人体组织的微型副本、用于药物研发和筛选[7]。与培养皿中的常规平面、静态单层细胞培养相比，组织模型通常是三维或至少是分隔的，当其与适当的物理、化学和/或动态因子结合使用时，便可以在一定程度上模拟所需的人体组织结构和功能。有时，通过细致的生物设计和制造以及反向工程，器官一级功能的实现也不是不可能[8,9]。 迄今为止，在组织模型工程策略的方法中，基于生物打印和器官芯片技术的策略最为流行（图1）。 图1：通过生物打印、器官芯片和/或它们的组合来制备体外个性化、基于人源细胞的组织模型。插图由王子萱绘制。 生物打印是指通过机器控制的操作将生物墨水或多种生物墨水的组合精确定位至一定的三维结构中[10,11]。与之前的组织制备方法不同，由于三维生物打印的自动化过程，其实现了以前不可能实现的复杂性和可重复性。生物打印的这种独特特征促进了其在组织模型工程中的应用，大量令人兴奋的例子已经被文献报道，涉及脑[12]、心脏[13]、肝脏[14]、肾脏[15]、血管系统[16]和肿瘤[17,18]等。 另一方面，器官芯片很容易带来区隔和动态物理化学因子实现上的优点，这也是大多数人体组织的特征，例如流体剪切应力、机械驱动、电信号和循环细胞、生长因子和细胞因子等[19]。使用单芯片平台设计的人体组织模型的示例包括可呼吸的肺芯片[20]、可搏动的心脏芯片[13]、可扩张/收缩的血管芯片[21]，可再吸收的肾芯片[15]、可蠕动的肠芯片[22]、可筛选异物反应的芯片[23]和肿瘤芯片（例如肿瘤免疫疗法芯片[24]）等。 有趣的是，如果我们的读者足够仔细地阅读了前两段，他们也许会注意到某些引用的文献有一定重叠[13,15]。确实，生物打印和器官芯片这两种技术并不是完全分开的，而是相互联系、并且经常相互补充。这促使我们考虑它们的潜在组合，即将三维、结构复杂的组织模型直接生物打印到器官芯片的模块中[15]或后期加载到芯片中[13]，其中芯片进一步提供了功能化所需的其他分隔和理化因子[25]。其他需要考虑的因素包括生物传感器的集成，以实现对微组织功能和药物反应的在线、连续和非侵入性监测[26]，以及多器官的集成，以允许对组织间的相互作用和同时检查功效/副作用的研究[27]。这些基于人体细胞，精确设计的三维、动态的和可个性化的系统有望在将来帮助我们实现真正的个性化精准医疗[28]。 为此，我们以“体外组织模型”为主题，组织了一期精彩的特刊（下方见文章目录与所有全文链接），着重介绍在制备各种组织模型类型时涉及的生物设计和制造方法： 我们从一篇评论[29]开始，该文阐述了选择三维生物打印制备体外组织模型以用于药物筛选的基本原理。该评论通过漫画的风格概述了当前药物筛选的困境、体外三维模型的优势以及用于这些模型的不同生物打印的策略和分类，最后预测了关键性的挑战。 随后是一系列研究文章。首先Ma等使用透明质酸（最丰富的大脑细胞外基质成分）作为生物墨水的主要成分对中枢神经系统进行体外模拟；针对胶质细胞的封装优化了生物墨水的配方以及生物打印的条件，为将来对脑胶质母细胞瘤等脑部病变建模奠定了基础[30]。Xie等提出了一种具有“层状蛋糕”结构的新型肿瘤阵列芯片系统，其中通过电喷流三维生物打印将水凝胶液滴包裹的乳腺肿瘤细胞自动沉积在基质上，从而实现了高通量药物筛选[31]。Sharifi等的第三篇文章提出了一个新的双腔室芯片平台用于研究肝癌细胞的转移和治疗；其中一个腔室用作原发性肝癌细胞培养，第二个腔室为骨转移部位，从而模拟骨腔中矿物质依赖性的肝癌细胞转移——该平台随后用于检测一种提取于植物的化学抗癌药物胸腺醌（游离形式和纳米颗粒形式）对抑制肿瘤转移过程的作用[32]。 特刊最终收集了五篇优秀的综述，这些综述着重讨论了体外组织模型工程学的几个不同重要领域。Thakor等的综述涵盖了水凝胶作为生物材料的应用，通过诸如静电纺丝和生物打印等微制造技术，利用脑肿瘤细胞进行三维组织模型的设计[33]。Ma等的下一篇综述扩展了特别是在体外肿瘤模型构建中利用三维生物打印的优势，重点是生物打印策略和生物墨水设计、以及文献报导的生物打印肿瘤模型[34]。Zubizarreta等人的第三篇综述详细阐述了组织模型工程领域的一个新话题，即女性生殖系统的模型制备——鉴于对女性生殖健康和生育能力的日益
