用于人体皮肤微生物组采样的3D打印经表皮微探针阵列

导读：目前，皮肤微生物组取样是通过棉签和胶带条等工具来收集皮肤表面的微生物。这些传统方法可能无法检测到表皮深处或表皮内陷的微生物。为此有研究者提出了可以深度取样的工具，即经表皮微注射阵列（MPA），它可以从表皮表面和更深的皮肤层捕捉微生物。


2022年7月，南极熊获悉，来自新加坡的研究者们利用3D打印的快速可定制性，对人类皮肤采样的MPA进行系统优化，他们的研究成果已经发表在了《美国科学院院报》上，题目为《A 3D-printed transepidermal microprojection array for human skin microbiome sampling》（《用于人类皮肤微生物组采样的3D打印经表皮微注射阵列》）。


△3D打印的经表皮MPA的设计和制造以及人类头皮微生物组采样的工作流程

为了评估MPA的各种物理属性对微生物提取的影响，研究人员制作了具有不同阵列尺寸、密度和几何形状的定制MPA。由于这些MPA包含高度复杂的微观结构，他们选择了数字光处理（DLP）技术，这是一种能够快速、准确和高分辨率打印的3D打印技术。研究人员选择了螺丝钉、帽状物和圆锥型进行打印。结果表明，圆锥型的微投影几何形状对微生物的提取功效最为有效。


△MPA的大小、密度和几何形状对猪体外皮肤模型中微生物提取的影响

除了微注射的大小、密度和几何形状外，穿透深度也是一个重要的考虑因素。虽然较长的微注射有利于提取深层微生物--包括SC、皮脂腺和毛囊，可以延伸到亚毫米的深度，但它们会使受试者感到不适并有更高的血管穿刺风险。所以需要在不适感和更深的皮肤区域的微生物采样之间取得平衡，考虑到1.2和1.5毫米高度的MPA具有相似的微生物提取功效，1.5mm MPA的使用者具有更高的不适和受伤风险，因此研究人员选择了1.2mm的MPA对人类志愿者进行后续研究。



对人体头皮的采样效果评估显示，优化后的MPA在灵敏度上与棉签相当，优于胶带条，尤其是对非标准的皮肤表面。从物种多样性的差异方面进行分析，MPA比其他方法更容易检测到临床相关的真菌。这项工作为复杂的皮肤微生物组取样领域提供了一个工具，有可能解决我们对其在健康和疾病中的作用的理解上的差距。

总结
此文报告了一种由3D打印制作的MPA，它是为了解决现有皮肤微生物组采样方法的局限性而开发的，具有极强的在皮肤微生物组采样方面的实用性，是对拭子和带状采样方法的补充。选择3D打印来制造MPA是因为它可以根据计算机的可定制设计快速生成原型。与用于制造MPA的传统微成型和注射成型技术不同，3D打印在通过计算机辅助设计（CAD）软件实现MPA设计参数方面提供了更大的通用性和自由性，不需要模具模板。此外，使用3D打印可以相当容易地实现复杂的MPA设计的制造，否则通过微注塑成型是很难产生的。