生物打印和塑形壓縮的方法制造有顏色和血管網(wǎng)的皮膚

供稿人：焦天，連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

雖然近幾十年醫(yī)療技術(shù)得到飛速發(fā)展，但每年仍有數(shù)十萬人因大面積皮膚損傷而死亡，且更多皮膚損傷患者雖然得以保住性命，重建皮膚功能和外觀的不足仍然給患者帶來生理和心理的痛苦。生物3D打印具備精準(zhǔn)沉積細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的能力，為制造類似天然皮膚功能的皮膚提供了可能。在皮膚許多主要功能中，顏色和血管網(wǎng)的重建顯得尤為重要。重建皮膚顏色不僅是美學(xué)的要求，更重要的是重建皮膚的屏障功能，抵御紫外線傷害。而血管網(wǎng)的重建對于移植皮膚與周圍組織物質(zhì)交換起到重要作用，是移植皮膚存活的關(guān)鍵。皮膚顏色和血管網(wǎng)的重建成為皮膚3D打印的熱點(diǎn)。

蘇黎世大學(xué)的Pontiggia等人在皮膚顏色和血管網(wǎng)重建方面取得重要進(jìn)展，他們通過動物實(shí)驗(yàn)證明制造的皮膚不僅可以重建皮膚的顏色和毛細(xì)血管網(wǎng)，而且移植皮膚的血管可以和周圍的血管吻合。他們制造皮膚的方法如圖1所示，制造過程包括以下幾個步驟：（1）從人體組織分離出表皮的角質(zhì)形成細(xì)胞、黑色素細(xì)胞和真皮成纖維細(xì)胞、微血管內(nèi)皮細(xì)胞，并對細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)擴(kuò)增；（2）打印真皮層：將成纖維細(xì)胞/微血管內(nèi)皮細(xì)胞懸液與膠原溶液混合并擠出到6×6（cm）的模具中；（3）真皮層在37 ℃下經(jīng)過1小時完成交聯(lián)固化；（4）將8mm的真皮層擠壓到1cm（提高皮膚的穩(wěn)定性和力學(xué)性能），多余水分從底部微孔滲出，并通過管路吸走；（5）將真皮層轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)瓶進(jìn)行14天培養(yǎng)；（6）將皮膚轉(zhuǎn)移到打印平臺，在真皮層上噴墨打印角質(zhì)形成細(xì)胞/黑色素細(xì)胞懸液，打印后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)瓶繼續(xù)培養(yǎng)14天。通過組織學(xué)和免疫熒光分析，證明打印的皮膚表皮層形成了完整的多層結(jié)構(gòu)（棘層、顆粒層、基底層），并在表皮底部觀察到與天然皮膚類似的黑色素分布；同時在真皮層形成了血管網(wǎng)和淋巴管網(wǎng)。進(jìn)一步通過動物實(shí)驗(yàn)證明移植皮膚血管可以實(shí)現(xiàn)與周圍組織血管的吻合。

該研究制造的皮膚在組織結(jié)構(gòu)上非常接近天然皮膚，有望用于臨床的大面積皮膚缺損的治療。

圖1 采用生物打印和塑形壓縮的方法制造有顏色和血管網(wǎng)的全層皮膚

參考文獻(xiàn)：
Pontiggia L, Van Hengel I A J, Klar A, Rütsche D, Nanni M, Scheidegger A, Figi S, Reichmann E, Moehrlen U, Biedermann T. Bioprinting and plastic compression of large pigmented and vascularized human dermo-epidermal skin substitutes by means of a new robotic platform. Journal of Tissue Engineering, 2022, 13, 204173142210885. （https://doi.org/10.1177/20417314221088513）