研究人員使用3D打印皮膚來治療各種類型的傷口

2024年3月4日,，南極熊獲悉，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員宣稱,，成功利用臨床獲得的人體組織,，通過3D打印技術(shù)在實(shí)驗(yàn)鼠身上修復(fù)了顱頜面（CMF）損傷。傳統(tǒng)的自體移植和皮瓣手術(shù)存在諸多問題,，如疤痕,、美觀性差等，因此迫切需要新的重建方法,。這項(xiàng)研究為組織工程皮膚的應(yīng)用提供了新的替代方案,，為CMF全層皮膚缺損重建領(lǐng)域帶來了新希望。

△研究人員使用3D打印皮膚來閉合傷口的路徑圖,，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)對(duì)精確重建皮膚的臨床轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重大影響

今年二月,，美國專利商標(biāo)局授予該團(tuán)隊(duì)在研究中開發(fā)和使用生物打印技術(shù)的專利。賓夕法尼亞州立大學(xué)工程科學(xué)與力學(xué),、生物醫(yī)學(xué)工程和神經(jīng)外科教授Ibrahim T. Ozbolat表示：“傳統(tǒng)上,，用于糾正因受傷或疾病而造成的面部或頭部創(chuàng)傷的重建手術(shù)通常并不完美，會(huì)導(dǎo)致疤痕或永久性脫發(fā),。通過這項(xiàng)工作,，我們證明了生物3D打印的全層皮膚具有在老鼠身上生長毛發(fā)的潛力。這距離實(shí)現(xiàn)更自然,、更美觀的人類頭部和面部重建又近了一步,。”

△這項(xiàng)研究結(jié)果已發(fā)表在《生物活性材料》雜志上,，題目為“人脂肪干細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的術(shù)中生物打印,，在全層顱頜面皮膚重建過程中誘導(dǎo)毛囊樣向下生長和脂肪組織形成”（傳送門）

3D打印更有效地治療各種類型的傷口

科學(xué)家之前已經(jīng)對(duì)薄層皮膚進(jìn)行了3D生物打印，但Ozbolat及其團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)在術(shù)中打印多個(gè)皮膚層（包括最底層或皮下組織）的完整生命系統(tǒng)的人,。術(shù)中指的是在手術(shù)期間打印組織的能力,，這意味著該方法可用于更立即、無縫地修復(fù)受損皮膚,。頂層（作為可見皮膚的表皮）在中間層的支撐下自行形成,，因此不需要打印。皮下組織由結(jié)締組織和脂肪組成,，為頭骨提供結(jié)構(gòu)和支撐,。

Ozbolat解釋說：“皮下組織直接參與干細(xì)胞變成脂肪的過程。這個(gè)過程對(duì)于包括傷口愈合在內(nèi)的幾個(gè)重要過程至關(guān)重要,。它還在毛囊循環(huán)中發(fā)揮作用,，特別是促進(jìn)頭發(fā)生長�,！�

△賓夕法尼亞州立大學(xué)博士后研究員Miji Yeo檢查3D打印機(jī)上的生物墨盒,，該打印機(jī)專為術(shù)中打印皮膚層而開發(fā)

研究人員首先從賓夕法尼亞州立大學(xué)健康米爾頓·赫爾希醫(yī)療中心接受手術(shù)的患者身上獲取人體脂肪組織。合作者Dino J. Ravnic是賓夕法尼亞州立大學(xué)醫(yī)學(xué)院整形外科系的外科副教授,，他帶領(lǐng)他的實(shí)驗(yàn)室獲得了用于提取細(xì)胞外基質(zhì)的脂肪,。細(xì)胞外基質(zhì)是分子和蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，為細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性,。組織是制造生物墨水的一種成分,。

Ravnic的團(tuán)隊(duì)還從脂肪組織中獲得了干細(xì)胞，如果提供正確的環(huán)境,，干細(xì)胞有可能成熟為幾種不同的細(xì)胞類型,，從而制造另一種生物墨水成分。每個(gè)組件都被加載到生物打印機(jī)的三個(gè)隔室之一中,。第三個(gè)隔室充滿了凝血溶液,，有助于其他成分正確地結(jié)合到受傷部位。

Ozbolat說：“這三個(gè)隔室使我們能夠在精確控制下共同打印基質(zhì)-纖維蛋白原混合物和干細(xì)胞,。我們直接打印到受傷部位,，目標(biāo)是形成皮下組織，這有助于傷口愈合,、毛囊生成和溫度調(diào)節(jié)等,。”

研究人員獲得了皮下組織和真皮層，表皮在兩周內(nèi)自行形成,。

Ozbolat說：“我們在實(shí)驗(yàn)鼠身上進(jìn)行了三組研究,，以更好地了解脂肪基質(zhì)的作用，我們發(fā)現(xiàn)基質(zhì)和干細(xì)胞的共同傳遞對(duì)于皮下組織的形成至關(guān)重要,。它不能僅對(duì)細(xì)胞或基質(zhì)有效地起作用,，而且必須是同時(shí)起作用,。”

△用于全層皮膚重建的術(shù)中生物打�,。↖OB）

誘導(dǎo)毛囊樣向下生

這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)皮下組織含有絨毛生,，這是早期毛囊形成的初始階段。研究人員表示,，雖然脂肪細(xì)胞不直接參與毛囊的細(xì)胞結(jié)構(gòu),，但它們參與毛囊的調(diào)節(jié)和維護(hù)。

Ozbolat說：在這項(xiàng)工作中,，脂肪細(xì)胞可能改變了細(xì)胞外基質(zhì),，使其更有利于向下生長的形成。我們正在努力推進(jìn)這一目標(biāo),，以控制密度,、方向性和生長的方式使毛囊成熟�,！�

創(chuàng)傷或患病部位如果無法精確地支持毛發(fā)的生長,，會(huì)限制自然重建手術(shù)的效果。Ozbolat表示,，這項(xiàng)工作提供了一條充滿希望的前進(jìn)道路,，特別是與他實(shí)驗(yàn)室的其它項(xiàng)目相結(jié)合，包括打印骨骼和研究如何匹配各種膚色的色素沉著,。

他強(qiáng)調(diào)：“我們相信這可以應(yīng)用于皮膚科,、毛發(fā)移植以及整形和重建手術(shù)，它可以帶來更加美觀的結(jié)果,。憑借全自動(dòng)生物打印能力和臨床級(jí)兼容材料,，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)對(duì)精確重建皮膚的臨床轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重大影響�,！�