通过 3D 打印脂肪组织改善和加快伤口愈合

2025年3月13日，南极熊获悉，来自釜山国立大学(PNU)的研究人员开发出一种 3D 打印脂肪组织的方法，可以加速伤口愈合，为慢性损伤和烧伤患者提供潜在的缓解。

这项研究以题为“3D Bioprinting-Assisted TissueAssembly of Endocrine Adipose Units for Enhanced Skin Regeneration”的论文发表在《先进功能材料》杂志上，研究了人造脂肪组织如何通过模仿脂肪细胞的自然特性来支持皮肤再生。提到脂肪，人们首先想到的是它只是身体储存的东西，但这并不是全部。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202419680

脂肪还会释放信号分子，帮助修复组织，最终成为身体恢复过程的重要组成部分。但在实验室中复制脂肪组织一直很困难，因为传统方法往往无法保持脂肪细胞正常运作。

其中一个原因是，前脂肪细胞（最终会变成脂肪的细胞）往往会扩散，而不是形成有效工作所需的脂质滴。为了解决这个问题，助理教授 Byoung Soo Kim 领导的团队创​​造了一种专门的生物墨水，为脂肪细胞提供了合适的发育和功能环境。

△脂肪组织 3D 生物打印的条件包括使用脂肪衍生的脱细胞细胞外基质和藻酸盐作为混合墨水。图片来自PNU。

构建生物打印脂肪以实现稳定性和功能

这种生物墨水由 1% 脂肪衍生的细胞外基质和 0.5% 藻酸盐混合而成，有助于防止细胞过度迁移，同时促进它们成熟为完全形成的脂肪细胞。

研究人员还发现，要让这些工程脂肪细胞正常工作，它们的直径必须小于 600 微米，这样它们才能获得足够的氧气和营养。他们还发现，将脂肪单元之间的距离保持在 1000 微米以内，可以通过旁分泌信号促进更好的脂肪形成，细胞通过释放信号分子进行交流。

为了测试这种方法在实验室外是否有效，研究团队将他们设计的脂肪组织与真皮模块结合起来，制成了一种功能性皮肤替代品，然后将植入有皮肤伤口的小鼠体内。结果令人鼓舞。

用生物打印组织治疗的伤口愈合更快，皮肤再生更好，组织重塑改善，血管生长增加。实验室测试还表明，组织影响了与皮肤细胞迁移有关的关键蛋白质，例如 MMP2、COL1A1、KRT5 和 ITGB1，这有助于加快愈合过程。

论文主要作者 Jae-Seong Lee 指出，传统的脂肪移植手术通常存在存活率低的问题，这意味着移植的脂肪细胞并不总是能存活下来。“我们的混合生物墨水可以增强内分泌功能和细胞活力”，有可能克服这些限制。”使其成为现有治疗方法的潜在替代方案。

研究团队表示，糖尿病足溃疡、褥疮和烧伤等慢性伤口的治疗难度极大，传统疗法往往无法治愈。这项研究通过解决脂肪移植的难题和提高细胞活力，提出了一种可能的替代方案。

患有糖尿病的患者（他们的足部溃疡和相关并发症的风险较高）和需要大面积皮肤移植的烧伤患者尤其可以从这种方法中受益。

生物打印在皮肤再生中的作用

生物打印皮肤的发展势头强劲，研究人员正在探索在医疗应用方面的潜力。这些工程皮肤模型可用于研究疾病、评估新疗法以及研究中新的动物试验替代方案。

△T&RBiofab 已部署3D 打印技术来为一系列外科手术制造植入物。图片来自 Biofab。

例如，NOVOPLASM联盟此前曾开发出冷等离子技术，用于治疗烧伤和皮肤移植感染。同样，伯明翰大学和哈德斯菲尔德大学的科学家一直在开发 SLAM 3D 生物打印技术，作为治疗慢性伤口的潜在方法。

此外，太空研究人员也在研究 3D 打印皮肤在微重力环境下如何发挥作用。2022 年，国际空间站(ISS) 上的宇航员成功利用自己的细胞制作了生物打印绷带，这可以为长期太空任务期间的伤害治疗提供一种新方法。

康奈尔大学的一个研究小组设计了一种生物材料，它与天然人体皮肤的特性非常相似。这种生物混合复合材料由胶原蛋白和“两性离子”水凝胶结合而成，具有更好的柔韧性、生物相容性和柔软度，成为未来再生治疗的有前途的材料。