愈合医学的一大进步!可加速伤口愈合且不留疤痕的3D打印血浆生物墨水诞生

3D打印生物医疗
2021
12/01
22:01
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2021年12月1日,南极熊获悉,来自爱尔兰RCSI医学和健康科学大学的科学家们已经开发出一种新型的生物墨水,可以3D打印成人体组织,用于加快人类的伤口愈合过程。

研究团队通过将天然血液用来修补组织的富血小板血浆(PRP)整合到水凝胶中,创造出独特的再生支架,他们说这不仅能够快速愈合伤口而不留下疤痕组织,而且还可以有更广泛的外科应用。

RCSI教授FergalO'Brien说:"现有的文献表明,虽然我们血液中已经存在的PRP有助于伤口的愈合,但仍然可能出现疤痕。通过3D打印PRP到生物材料支架中,我们可以增加血管的形成,同时也避免了疤痕的形成,从而导致更成功的伤口愈合。这项技术有可能被用来再生不同的组织,因此对不断发展的再生医学、3D打印和个性化医疗市场产生了极大的影响。“

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该研究由RCSI医学和健康科学大学的一个团队领导,图为RCSI医学和健康科学大学校园内的一座建筑。图片来自《爱尔兰时报》。

推进愈合医学的发展

作为抵御日常环境威胁的第一道防线,我们的皮肤实际上是人体中最大、最重要和最复杂的器官之一。当这些外层受到伤害时,我们的组织如果任其自生自灭,往往能够独立愈合,但一些较大的伤口会导致疤痕或细胞不能完全再生,导致患者患上慢性疾病。

目前,后者往往通过清洗伤口、包扎和抗生素来治疗,或者在更极端的情况下,使用皮肤移植来完全取代受损组织。然而,正如其他类型的器官捐赠一样,天然兼容的健康皮肤可能很难找到,因此移植少量皮肤是可行的,但是在治疗大面积损伤时就行不通了。

为了使这种皮肤植入物更容易获得,科学家们继续试验创造伤口愈合组织工程支架的想法。然而,创建这些组织可能非常昂贵,因为需要重组生长因子来使它们充分地血管化,以便最终使用,因此它们在实践中取得的成功有限。

因此,作为使用昂贵的、通常只有部分效果的蛋白质进行组织移植的替代方案,RCSI团队建议利用自然发生的PRP来进行试验。将患者的血小板直接应用到他们自己的皮肤上会有留下疤痕的风险,因此为了解决这个问题,科学家们已经找到了一种新的方法,将PRP植入到一个3D打印的水凝胶支架上。

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该团队的PRP负载支架对小鸡胚胎的影响,测试表明,该团队的加载PRP的支架(右)可以将细胞的血管化速度提高50%。图片来自《Advanced Functional Materials 》杂志。

打印血小板负载的支架

为了使他们的生物工程组织成为可能,研究人员首先从当地血库获得的样本中分离出PRP,然后将其与光引发剂和明胶混合成一种新型生物墨水。一旦准备就绪,研究小组使用Allevi II系统将材料挤压成支架,在此过程中没有出现任何尺寸或孔隙问题,并且比纯水凝胶样品降解得更慢。

在生产出他们的第一个原型后,科学家们继续评估其14天内的生长因子释放率,这在终端应用中是至关重要的。在这些试验中,发现这些支架释放的物质是纯PRP的10%,其血管内皮生长因子(VEGF)分散得最快,这意味着它们可能比目前的植入物更快地实现血管化。

作为最后一项测试,该团队随后通过将它们移植到小鸡胚胎上测试了它们的伤口愈合组织,小鸡胚胎经过孵化后被打开进行分析。与仅由水凝胶组成的移植对照样本相比,研究人员的PRP支架将血管化进一步提高了40%,并引发了小血管和毛细血管的产生。

因此,尽管科学家们承认他们的移植物需要进一步测试,以更好地了解宿主对植入的免疫反应,但他们说他们的研究代表了一种 "治疗复杂伤口的范式转变方法",这可能最终产生一种单阶段式的伤口愈合方法。

该团队总结说:"我们的技术在其他组织工程应用中潜力巨大,在这些应用中需要加强血管化和避免纤维化。此外,在3D打印的植入物内使用从PRP中释放的自体生长因子,具有很大的临床转化潜力,与使用重组生长因子相比,具有若干优势。"

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△HKinno.N已与T&R Biofab合作,使用其3D生物打印技术制造人体皮肤,人造皮肤正越来越多地被用于临床试验中的产品测试。图片来自T&R Biofab。

生物打印技术的皮肤植入潜力

虽然3D生物打印组织可能还没有进入手术室,但诸如此类的研究在去年已经取得了飞跃性的发展。就在上个月,NOVOPLASM联盟宣布它已经开发出一种治疗感染性烧伤和改善皮肤移植伤口愈合的新方法,其中结合了生物打印和冷等离子技术。

今年早些时候,宾夕法尼亚州立大学的科学家们也想出了一种同时修复皮肤和骨骼疾病的手段,其中两种独特的生物墨水可以直接在伤口部位进行生物打印。利用他们的方法,该团队已经能够在一次测试过程中快速修复大鼠模型的头骨和皮肤上的一个洞。

同样,在护肤品市场,韩国制药公司HK inno.N等已经开发了自己的3D打印皮肤模型,以测试自体免疫和皮肤疾病药物。该公司与生物打印专家T&RBiofab合作,公布了利用其人造组织对皮肤病药物的疗效进行深入研究的计划,然后再投放市场。

研究人员的发现详见他们的论文,题为 "3D PrintedScaffolds Incorporated with Platelet-Rich Plasma Show Enhanced AngiogenicPotential while not Inducing Fibrosis "。这项研究的共同作者是RitaI. R. Ibanez, Ronaldo J. F. C. do Amaral, Christopher R. Simpson, Sarah M.Casey, Rui L. Reis, Alexandra P. Marques, Ciara M. Murphy 和 Fergal J. O'Brien共同撰写。

屏幕截图 2021-12-01 215341.jpg



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