3D打印仿生创面敷料与成人干细胞治疗的融合

来源： EngineeringForLife

成人皮肤通过收缩和疤痕形成对全层皮肤创伤做出反应，这一主要的修复过程往往无法完全恢复皮肤的生理结构和功能。尽管生物敷料的设计取得了重大进展，但许多研究还没有很好地表征治疗后通过半定量组织学和免疫组织化学分析再生组织的质量，或者在预防瘢痕形成方面基本上没有取得成功。近日，来自澳大利亚昆士兰科技大学的Dietmar W Hutmacher教授团队在Biomaterials期刊上发表了题为“Convergence of 3D printed biomimetic wound dressings and adult stem cell therapy”的文章，制备了一种仿生创面辅料，将该辅料与成人干细胞疗法结合，用于皮肤创面修复，增强了皮肤生理性伤口闭合以及减少了瘢痕组织的形成。

首先，研究人员介绍了熔融电写(MEW)技术，以天然皮肤组织中胶原纤维的结构，设计具有各向异性力学性能的MEWmPCL纤维结构，用于伤口敷料应用。将敷料处理后增加敷料的亲水性后，种植上hGMSCs并植入大鼠皮肤缺损处。【图1】

图1 医用级聚己内酯（MPCL）敷料的制造、细胞接种、支架移植示意图

随后，研究人员制备了医用级聚己内酯（MPCL）敷料，检测了敷料的表面结构，比较了不同仿生结构敷料的力学性能，结果显示，仿生设计的创面敷料具有良好的机械性能来引导皮肤再生。光镜和电镜分析显示纤维均匀分布。这些纤维在宏观水平上具有平滑的表面，并显示出孔之间的互连，经过处理的敷料具有更好的清水性表征。【图2】

图2 熔融电写(MEW)技术制造各向异性的纤维敷料，模仿胶原纤维的微观结构。

接着，作者研究了大鼠背部皮肤和生物测定设计敷料的应力-应变曲线。

图3 医用级聚己内酯（MPCL）敷料的性质

随后，研究者用活死染色实验证明了敷料支持干细胞附着和增殖的能力，并通过共聚焦显微镜证明了不同冷冻保护剂和不同冷冻速率的冷冻保存条件下，对hGMSC细胞活力和增殖的影响。【图4】

图4 医用级聚己内酯（MPCL）敷料的细胞相容性及免疫荧光染色

为了证明敷料结合干细胞疗法的修复效果，研究者设计了一系列的体内实验。大鼠的活体实验表明，细胞接种敷料提高大鼠全层真皮创面愈合率并减少瘢痕组织的形成【图5 6 7 8 9】

图5 医用级聚己内酯（MPCL）敷料体内实验

图6 载HGMSC的医用级聚己内酯（MPCL）敷料修复表征

图7 载HGMSC的医用级聚己内酯（MPCL）敷料修复表征

图8 载HGMSC的医用级聚己内酯（MPCL）敷料修复表征

图9 载HGMSC的医用级聚己内酯（MPCL）敷料修复表征

综上，该研究展示了大鼠被用来模拟细胞种植创面敷料在同种异体移植环境中的临床应用，纤维网络设计从仿生的角度解决了天然皮肤组织的各向异性行为，优化的3D打印敷料支持hGMSC的附着和增殖，HGMSC种植的伤口敷料在全层切除伤口的大鼠模型中加速了伤口的愈合和减少了瘢痕的形成。这些研究为干细胞疗法和3D打印结合的进一步转化奠定了基础。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120558