生物打印和塑形压缩的方法制造有颜色和血管网的皮肤

供稿人：焦天，连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

虽然近几十年医疗技术得到飞速发展，但每年仍有数十万人因大面积皮肤损伤而死亡，且更多皮肤损伤患者虽然得以保住性命，重建皮肤功能和外观的不足仍然给患者带来生理和心理的痛苦。生物3D打印具备精准沉积细胞和细胞外基质的能力，为制造类似天然皮肤功能的皮肤提供了可能。在皮肤许多主要功能中，颜色和血管网的重建显得尤为重要。重建皮肤颜色不仅是美学的要求，更重要的是重建皮肤的屏障功能，抵御紫外线伤害。而血管网的重建对于移植皮肤与周围组织物质交换起到重要作用，是移植皮肤存活的关键。皮肤颜色和血管网的重建成为皮肤3D打印的热点。

苏黎世大学的Pontiggia等人在皮肤颜色和血管网重建方面取得重要进展，他们通过动物实验证明制造的皮肤不仅可以重建皮肤的颜色和毛细血管网，而且移植皮肤的血管可以和周围的血管吻合。他们制造皮肤的方法如图1所示，制造过程包括以下几个步骤：（1）从人体组织分离出表皮的角质形成细胞、黑色素细胞和真皮成纤维细胞、微血管内皮细胞，并对细胞进行培养扩增；（2）打印真皮层：将成纤维细胞/微血管内皮细胞悬液与胶原溶液混合并挤出到6×6（cm）的模具中；（3）真皮层在37 ℃下经过1小时完成交联固化；（4）将8mm的真皮层挤压到1cm（提高皮肤的稳定性和力学性能），多余水分从底部微孔渗出，并通过管路吸走；（5）将真皮层转移到培养瓶进行14天培养；（6）将皮肤转移到打印平台，在真皮层上喷墨打印角质形成细胞/黑色素细胞悬液，打印后转移到培养瓶继续培养14天。通过组织学和免疫荧光分析，证明打印的皮肤表皮层形成了完整的多层结构（棘层、颗粒层、基底层），并在表皮底部观察到与天然皮肤类似的黑色素分布；同时在真皮层形成了血管网和淋巴管网。进一步通过动物实验证明移植皮肤血管可以实现与周围组织血管的吻合。

该研究制造的皮肤在组织结构上非常接近天然皮肤，有望用于临床的大面积皮肤缺损的治疗。

图1 采用生物打印和塑形压缩的方法制造有颜色和血管网的全层皮肤

参考文献：
Pontiggia L, Van Hengel I A J, Klar A, Rütsche D, Nanni M, Scheidegger A, Figi S, Reichmann E, Moehrlen U, Biedermann T. Bioprinting and plastic compression of large pigmented and vascularized human dermo-epidermal skin substitutes by means of a new robotic platform. Journal of Tissue Engineering, 2022, 13, 204173142210885. （https://doi.org/10.1177/20417314221088513）