清華大學徐韜教授課題組：自適應多自由度原位皮膚打印

供稿人:焦天，連芩 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

大面積皮膚損傷如果不能得到及時有效的治療，往往會引發(fā)傷口感染和身體機能的紊亂，甚至造成休克和死亡。針對大面積皮膚損傷，自體皮膚移植往往無法找到合適的取皮部位，異體和異種皮膚移植往往存在免疫排斥和傳播疾病的風險，人造皮膚在功能和時效性仍無法滿足臨床的需求。原位3D打印皮膚（掃描皮膚缺損模型，根據(jù)模型在傷口直接打印皮膚）的出現(xiàn)為大面積皮膚損傷的快速有效治療提供了可能。但是目前原位3D打印皮膚在組織損傷識別和打印的精度，以及重建皮膚的功能（尤其是皮膚毛囊、汗腺等附屬器的重建）上仍與臨床需求存在較大差距。

最近清華大學徐韜教授課題組在原位皮膚打印方面有了突破性進展。 該團隊開發(fā)了一臺自適應多自由度原位生物打印機，該機器人包括一個掃描系統(tǒng)、一個雙目視覺系統(tǒng)和一個六自由度機械手，打印機搭載了雙目相機可以快速精準識別組織損傷，并進一步構建組織缺損模型，規(guī)劃打印路徑。 通過6自由度3D打印機完成復雜結(jié)構打印，并通過運動追蹤系統(tǒng)實時監(jiān)控打印參數(shù)并進行誤差修正。 該團隊開展了小鼠皮膚原位打印修復實驗，首先將5×107/ml小鼠表皮干細胞、108/ml小鼠皮膚前體細胞和基質(zhì)膠混合制備了具備生物活性的皮膚打印墨水，然后通過打印機快速、精準識別了小鼠皮膚損傷模型，最后通過6自由度3D打印機在傷口部位精準的打印生物墨水構建皮膚。 打印后對小鼠進行了四周的飼養(yǎng)和評價。 結(jié)果表明打印的皮膚不僅形成了與人體皮膚類似的表皮、真皮分層結(jié)構，而且重建皮膚的血管、毛囊和皮脂腺。

圖1 （a）自適應多自由度原位修復皮膚示意圖

該研究通過將新型機器人與生物活性生物墨水相結(jié)合，實現(xiàn)了可以快速、精準的修復皮膚的缺損，重建皮膚的主要結(jié)構和功能，為皮膚修復提供了一種有效的策略，并具有進一步應用的臨床轉(zhuǎn)化潛力。


參考文獻：

    趙 W，陳 H，張 Y，周 D，梁 L，劉 B，等。 用于毛囊皮膚修復的自適應多自由度原位生物打印機器人：在小鼠中進行的初步研究。 生物工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學。 2022.（https://doi.org/10.1002/btm2.10303）
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