在模拟图像引导下将移植皮肤原位打印在模拟烧伤的创面

供稿人:周聖極 连芩
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室

深度皮肤烧伤伤口需要进行皮肤切除和植皮，目前的临床治疗方法是使用自体刃厚皮移植。然而，及时覆盖大面积烧伤创面仍然是一个重大挑战，工程化皮肤组织构建可以克服传统临床治疗的局限性。

美国新泽西州斯蒂文斯理工学院机械工程系的研究人员提出了一种基于原位打印方法的工作流程，可以直接在皮肤烧伤创面移植定制的工程化皮肤。为了说明这种方法，他们首先用模具浇筑明胶-海藻酸盐水凝胶材料生成皮肤烧伤模型，来模拟任意二维形状和均匀深度的烧伤创面，如图1所示。

图1 皮肤深度烧伤模型的产生；(a)建立聚乳酸(PLA)的模具；(b)在模具四周浇铸胶凝，置于4℃处胶凝；(c)轻轻移开模具，将红色胶凝剂添加到之前的铸型胶凝剂中。

接下来，使用一种基于彩色图像的模块来提取烧伤创伤面轮廓并实现轮廓校准，以获得烧伤模型的真实尺寸和形状，如图2所示。

HSV颜色分割算法进行轮廓提取

然后通过打印喷头路径生产算法生成喷头路径，最后原位打印到烧伤伤口模型上并与烧伤模型轮廓相吻合。其中详细介绍了一种新的有向喷头路径生成算法，该算法可以根据不同烧伤创面生成打印路径，。在这理论的基础上，可以精确打印呈网状结构排列的含有细胞的明胶-海藻酸盐水凝胶细丝，与烧伤模型的轮廓相结合，如图3所示。经过24小时的培养观察，打印的结构体中细胞增殖的同时，还能保持其结构特性。

图3 烧伤模型内的原位打印尺寸精度：(a)显示打印构造的边缘与设计的模型之间的间隙；(b)演示打印结构的整体几何形状；(c)网状细丝的精细内部结构

原位皮肤打印方法是一种很有前途的技术，它可以为不同烧伤病人的特异性烧伤伤口实时地植入工程皮肤。在民用和军用层面，都有较大的应用前景，未来可以用来治疗面积大、且深度深的皮肤伤口。

参考文献：
Houzhu Ding, Robert C. Chang. Simulating image-guided in situ bioprinting of a skin graft onto a phantom burn wound bed [J]. Additive Manufacturing, 2018.