《Cell Biomaterials》：AI 生物制造，改写肿瘤微环境研究模式

先导小贴士

在癌症研究领域，肿瘤细胞外基质（ECM）就像一层 “神秘面纱”，它不仅为肿瘤细胞提供结构支撑，更在肿瘤生长、迁移、侵袭及治疗抵抗中扮演关键角色。长期以来，科研人员始终致力于在体外精准复刻肿瘤ECM，但传统模型要么难以还原其生化复杂性，无法模拟动态物理特性，让肿瘤机制研究和药物研发屡屡受限。

2025年9月1日，上海中医药大学在 Cell 子刊 《Cell Biomaterials》 上发表了题为：《AI-guided biomaterials and biofabrication strategies for enhanced tumor extracellular matrix mimicry》的研究论文。

共同通讯作者：

张卫东教授 上海中医药大学交叉科学研究院院长
栾鑫研究员 上海中医药大学交叉科学研究院研究员
汤忞研究员 上海中医药大学交叉科学研究院青年研究员、赛箔生物首席科学家

第一作者：

金言上海中医药大学博士生

本综述系统阐述了人工智能（AI）技术在肿瘤细胞外基质（ECM）建模三个核心环节中的应用：材料配方设计、生物制造工艺优化以及制造后分析。AI 可助力开发具有可控机械、化学与生物学特性的生物墨水，显著提升生物打印的精度与一致性，并支持对工程化 ECM 模型中结构-功能关系的高通量挖掘。通过 AI 增强的体外肿瘤建模，能够实现工程化肿瘤模型的理性设计与实时优化，为构建生理相关性高、适用于药物筛选和癌症机制研究的平台提供有力工具。该框架不仅适用于肿瘤领域，还可推广至其他与 ECM 功能障碍相关的疾病，例如纤维化、神经退行性疾病和炎症性肠病。未来，建立标准化数据集、提升模型可解释性以及加强临床验证，将是推动 AI 驱动的 ECM 建模走向实际应用与转化的关键。

肿瘤细胞外基质（ECM）在癌症进展中扮演着关键角色，调控着肿瘤的生长、迁移、侵袭以及治疗抵抗行为。尽管当前生物材料与生物制造技术（如天然/合成生物材料的应用以及3D生物打印和微流控等技术）已能够部分模拟ECM的某些特征，但仍难以完整复现其固有的复杂结构与动态生物学行为。

人工智能（AI）通过融入ECM建模的三个关键环节——预处理（pre-process）、处理中（in-process）与处理后（post-process）——显著提升了模型的精度与适应性，从而有效应对现有挑战。在预处理阶段，AI借助预测建模和初步设计筛选，辅助生物材料的理性设计，实现对其性能的精准定制。在处理中阶段，AI通过对微球制备、3D生物打印及微流控等生物制造过程的实时监测与动态调控，确保肿瘤ECM在结构与功能上的高保真复现。在处理后阶段，AI支持对ECM相关数据的高通量分析，深入挖掘其生物物理特性与肿瘤生物学行为之间的关联。本综述强调，将AI贯穿于生物材料开发与生物制造的全流程，可大幅提升肿瘤ECM模型的准确性、效率以及对动态复杂性的模拟能力。