體外3D打印血管化全層皮膚組織模型

供稿人:顧恒，連芩

韓國浦項科技大學機械工程學院Byoung Soo Kim等人提出一種新的皮膚打印策略。研究人員在自行設計的多功能生物3D打印平臺上，利用噴墨和擠出打印兩種工藝構建了包含表皮、真皮和皮下組織的體外全層皮膚模型，在該模型真皮層和皮下組織的交界處含有內皮化且可灌注的血管（如圖1所示）。

圖1 全層皮膚組織模型

血管化全層皮膚的打印過程主要分為四步（如圖2所示）。首先，利用PCL擠出打印類似Transwell的結構，在表面均勻地覆蓋明膠基墨水；隨后擠出打印PCL網(wǎng)格結構并在四周形成“圍墻”；然后，逐層擠出打印皮下組織層、血管、真皮層，噴墨打印表皮層；最后，灌流血管并添加混合培養(yǎng)基促進皮膚成熟。其中，PCL起到支撐材料、減小模型收縮、形成氣液培養(yǎng)界面的作用。

圖2全層皮膚組織模型打印流程

值得注意的是，為了保證良好的生物相容性，在打印血管時，研究人員放棄通常使用同軸噴頭，轉而利用低溫預固化明膠-纖維蛋白原實心圓管，后用凝血酶噴灑表面提高其強度，最后升高溫度使內部材料流出的方法形成空腔。灌流實驗證明了該方案的可行性，HE染色發(fā)現(xiàn)內皮細胞成熟后形成圓環(huán)狀結構，大分子滲透實驗證明了打印后內皮化的血管具有選擇滲透性，具有實際血管的特定功能。

圖3 打印血管灌注實驗（上）、內皮細胞成熟后環(huán)狀結構（中） 大分子物質的滲透試驗（下）

在多種混合培養(yǎng)液的共同作用下，通過細胞功能表達標志物的檢測，證明了與只含有表皮層和真皮層的皮膚模型相比，血管化的全層皮膚組織模型具有與實際皮膚更接近的復雜結構和完整功能，其細胞功能標記物的表達更為充分。

研究人員目前正通過與其他皮膚相關的細胞，如黑素細胞、毛囊、汗腺等結合，進一步接近原生人類皮膚的復雜性；也希望這個血管化的全層皮膚模型可以為病理研究提供正確的依據(jù)。

參考文獻：
B. S. Kim, G. Gao, J. Y. Kim, D.‐W. Cho. 3D Cell Printing of Perfusable Vascularized Human SkinEquivalent Composed of Epidermis, Dermis, and Hypodermisfor Better Structural Recapitulation of Native Skin[J]. Adv. Healthcare Mater,2018,1801019

供稿人:顧恒，連芩 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室