研究人員使用3D打印皮膚來治療各種類型的傷口

賓夕法尼亞州立大學的研究人員宣稱，成功利用臨床獲得的人體組織，通過3D打印技術在實驗鼠身上修復了顱頜面（CMF）損傷。傳統的自體移植和皮瓣手術存在諸多問題，如疤痕、美觀性差等，因此迫切需要新的重建方法。這項研究為組織工程皮膚的應用提供了新的替代方案，為CMF全層皮膚缺損重建領域帶來了新希望。

今年二月，美國專利商標局授予該團隊在研究中開發和使用生物打印技術的專利。賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學、生物醫學工程和神經外科教授Ibrahim T. Ozbolat表示：“傳統上，用于糾正因受傷或疾病而造成的面部或頭部創傷的重建手術通常并不完美，會導致疤痕或永久性脫發。通過這項工作，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的潛力。這距離實現更自然、更美觀的人類頭部和面部重建又近了一步。”

3D打印更有效地治療各種類型的傷口

科學家之前已經對薄層皮膚進行了3D生物打印，但Ozbolat及其團隊是第一個在術中打印多個皮膚層（包括最底層或皮下組織）的完整生命系統的人。術中指的是在手術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。皮下組織由結締組織和脂肪組成，為頭骨提供結構和支撐。

Ozbolat解釋說：“皮下組織直接參與干細胞變成脂肪的過程。這個過程對于包括傷口愈合在內的幾個重要過程至關重要。它還在毛囊循環中發揮作用，特別是促進頭發生長。”

研究人員首先從賓夕法尼亞州立大學健康米爾頓·赫爾希醫療中心接受手術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醫學院整形外科系的外科副教授，他帶領他的實驗室獲得了用于提取細胞外基質的脂肪。細胞外基質是分子和蛋白質的網絡，為細胞提供結構和穩定性。組織是制造生物墨水的一種成分。

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

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

研究人員獲得了皮下組織和真皮層，表皮在兩周內自行形成。

Ozbolat說：“我們在實驗鼠身上進行了三組研究，以更好地了解脂肪基質的作用，我們發現基質和干細胞的共同傳遞對于皮下組織的形成至關重要。它不能僅對細胞或基質有效地起作用，而且必須是同時起作用。”

誘導毛囊樣向下生

這項研究還發現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，雖然脂肪細胞不直接參與毛囊的細胞結構，但它們參與毛囊的調節和維護。

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

創傷或患病部位如果無法精確地支持毛發的生長，會限制自然重建手術的效果。Ozbolat表示，這項工作提供了一條充滿希望的前進道路，特別是與他實驗室的其它項目相結合，包括打印骨骼和研究如何匹配各種膚色的色素沉著。

他強調：“我們相信這可以應用于皮膚科、毛發移植以及整形和重建手術，它可以帶來更加美觀的結果。憑借全自動生物打印能力和臨床級兼容材料，這項技術可能會對精確重建皮膚的臨床轉化產生重大影響。”

來源：南極熊