RPI以生物墨水与3D打印制作内建血管 能紧密融合患处的人造皮肤-肽度TIMEDOO

TIMEDOO肽度(微信号:Time-doo)获悉,RPI(Rensselaer Polytechnic Institute)的研究团队开发3D打印(3D printing)人造皮肤(artificial skin)的新方法,使用经基因编辑的人类细胞与其他生物成分所构成的生物墨水(bioink)为材料,制作出内建血管人造皮肤,可望提供患者更实用、能跟患部紧密整合的皮肤移植物。
根据RPI报道,现有的人造皮肤临床产品较像是高级版的OK绷,虽然多少有助于加快伤口癒合,但最大的障碍就是这些皮肤移植物不具备能实际发挥作用的血管系统,因此无法跟患部的血管与细胞紧密结合,最终还是会脱落。RPI的研究进展对于未来制作更接近人体自然生成皮肤的移植物有很大的帮助。

RIP这项人造皮肤研究由美国国立卫生研究院(NIH)提供资助,显示3D生物打印(bioprinting)在精准医疗(precision medicine)的应用充满潜力,有望为特定情况与个人提供个性化的解决方案。RPI的研究论文”3D bioprinting of a vascularized and perfusable skin graft using human keratinocytes”已于2019年11月1日发表在Tissue Engineering, Part A线上期刊。

RPI的人造皮肤对糖尿病性溃疡或压迫性溃疡患者将是一大福音,这类溃疡通常出现在个别人体的不同位置,可以使用较小片的RPI人造皮肤处理。此外糖尿病患者的伤口通常需要更长的复原时间,RPI的人造皮肤也将有助于加速复原。至于烧烫伤患者的应用则还需要诸多努力,解决包括患者的末梢神经与末梢血管已不复存在的问题。

RPI的3D打印人造皮肤采用的生物墨水,内含纤维母细胞、血管内壁的内皮细胞、包覆内皮细胞的外被细胞、动物性胶原蛋白与其他常用于皮肤移植物的结构细胞等必要成分,首先制作人造皮肤的血管化真皮(ascularized dermis)层,接着再以胶原蛋白生物墨水,将形成人类皮肤防渗表皮的角质细胞打印在真皮层之上。

接着经过数周时间的体外培养让所有细胞彼此连结,并在由皮肤细胞层叠构成的隔绝层下发展出互相连接的微血管网路,移植到老鼠身上可在4周内跟老鼠的血管连结形成完整的表皮血管系统,上皮的延伸会跟皮下的结缔组织结合在一起,老鼠的血液循环便可及于人造皮肤以提供氧气与养分,这是确保人造皮肤持续生存非常重大的进展。

此外为了让3D打印制作的人造皮肤达到临床应用的标准,RIP研究团队必须运用类似CRISPR的基因编辑技术来处理作为生物墨水原料的细胞,这些细胞是由捐赠者提供,经过基因编辑后所打印生成的人造皮肤血管,才能被患者本身的血管接受与结合而不会产生排斥现象。目前完成老鼠实验已向人体应用目标又迈进一步。

RIP的研究团队2013年12月31日曾在Tissue Engineering, Part C线上期刊发表透过3D生物打印设计与制作人造皮肤的创新论文,以2种人类活体细胞与其他必要的成分作为生物墨水,成功应用于3D打印以制作出类似人类皮肤的结构。而在人造皮肤内建血管系统的后续研究,则是跟耶鲁医学院(Yale School of Medicine)进行合作。

编辑|李咏欣