RPI 科學(xué)家在皮膚組織中3D打印毛囊，有望應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)和藥物測(cè)試

2023年11月19日，南極熊獲悉，來(lái)自倫斯勒理工學(xué)院（RPI）的研究團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的人體皮膚組織中成功制造毛囊結(jié)構(gòu)。這標(biāo)志著研究人員首次使用該技術(shù)來(lái)生成毛囊，毛囊在皮膚愈合和功能中發(fā)揮著重要作用。

這一發(fā)現(xiàn)以題為“Incorporation of hair follicles in3D bioprinted models of human skin”的論文被發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，在再生醫(yī)學(xué)和藥物測(cè)試方面具有潛在的應(yīng)用前景，盡管工程化的皮膚移植來(lái)長(zhǎng)出頭發(fā)還需要幾年的時(shí)間。

相關(guān)論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg0297

RPI化學(xué)和生物工程副教授、倫斯勒大學(xué)雪莉·安·杰克遜博士成員 PankajKarande 博士說(shuō)：“我們的工作是一個(gè)概念驗(yàn)證，即可以使用 3D 生物打印以高精度、可重復(fù)的方式創(chuàng)建毛囊結(jié)構(gòu)。需要這種自動(dòng)化過(guò)程來(lái)使未來(lái)的皮膚生物制造成為可能。生物技術(shù)和跨學(xué)科研究中心領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。使用人類來(lái)源的細(xì)胞重建毛囊歷來(lái)都是一個(gè)挑戰(zhàn)。一些研究表明，如果這些細(xì)胞在三維環(huán)境中培養(yǎng)，它們有可能產(chǎn)生新的毛囊或毛干，我們的研究建立在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上�！�

當(dāng)談到設(shè)計(jì)人類皮膚時(shí)，頭發(fā)乍一看似乎是多余的。然而，毛囊非常重要，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生汗水，幫助調(diào)節(jié)體溫，并且含有幫助皮膚愈合的干細(xì)胞。毛囊也是外用藥物和化妝品的入口點(diǎn)，使其成為皮膚病學(xué)測(cè)試的重要組成部分。然而，如今，初步的安全測(cè)試是在缺乏毛囊的工程皮膚組織上進(jìn)行的。

負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的第一作者 Carolina Catarino 博士說(shuō)：“目前的人工皮膚模型（模仿人類皮膚的工程結(jié)構(gòu)）非常簡(jiǎn)單。通過(guò)添加毛囊來(lái)增加其復(fù)雜性將為我們提供更多關(guān)于皮膚如何與局部產(chǎn)品相互作用的信息�！�

Catarino在倫斯勒大學(xué)獲得了博士學(xué)位，現(xiàn)在是一名開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的研究人員。她在祖國(guó)巴西的一家化妝品公司 Grupo Boticário 進(jìn)行皮膚測(cè)試。

Pankaj Karande（左）和Carolina Catarino（右）。照片來(lái)源：RPI

Shirley Ann Jackson 生物技術(shù)和跨學(xué)科研究中心主任 Deepak Vashishth 博士說(shuō)：“Karande博士的實(shí)驗(yàn)室處于皮膚組織工程的最前沿。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功地打印了帶有功能性血管的皮膚，這項(xiàng)最新研究是在開(kāi)發(fā)和探索燒傷、其他皮膚病更好治療方法的道路上邁出了令人興奮的一步。“

倫斯勒工程學(xué)院院長(zhǎng) Shekhar Garde 說(shuō)：“Karande 的工作是 RPI 研究人員在工程和生命科學(xué)領(lǐng)域取得的進(jìn)步對(duì)人類健康產(chǎn)生影響的一個(gè)很好的例子。將多通道 3D 打印引入生物領(lǐng)域正在開(kāi)啟令人興奮的機(jī)遇，這在過(guò)去是難以想象的。”

研究人員利用適合細(xì)胞水平打印的 3D 打印技術(shù)創(chuàng)建了帶有毛囊的皮膚�？茖W(xué)家們首先讓皮膚和毛囊細(xì)胞樣本在實(shí)驗(yàn)室中分裂和繁殖，直到有足夠的可打印細(xì)胞。接下來(lái)，研究人員將每種類型的細(xì)胞與蛋白質(zhì)和其他材料混合，以創(chuàng)建打印機(jī)中使用的“生物墨水”。打印機(jī)使用極細(xì)的噴嘴沉積生物墨水，逐層構(gòu)建皮膚，同時(shí)還創(chuàng)建用于沉積毛細(xì)胞的通道。隨著時(shí)間的推移，皮膚細(xì)胞遷移到毛細(xì)胞周圍的這些通道——反映真實(shí)皮膚中存在的毛囊結(jié)構(gòu)。

目前，這些組織的壽命只有兩到三周，這不足以讓毛干發(fā)育。RPI研究小組未來(lái)的工作目標(biāo)是延長(zhǎng)這一時(shí)期，進(jìn)而讓毛囊進(jìn)一步成熟，并為它們?cè)谒幬餃y(cè)試和皮膚移植中的使用鋪平道路。