澳洲科学家首次打印功能性皮肤,为烧伤受害者和受伤退伍军人带来希望

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医生们找到了一种在实验室中使用 3D 打印技术设计人体皮肤移植物的方法,事实证明,这种方法比传统移植物能够更快地愈合伤口。

当一个人遭受严重烧伤或溃疡以及癌症切除手术后进行皮肤移植。它们通常需要外科医生从身体未受损的部位去除皮肤并将其贴在伤口上。

来自患者或已故捐赠者的移植物通常是暂时的或留下难看的疤痕,但北卡罗来纳州维克森林大学的科学家们首次通过生物工程改造了近乎完美的人类皮肤复制品,以帮助最严重的伤口再生肌肉。

这种生物打印皮肤在小鼠和猪身上进行了测试,是使用人类皮肤细胞制成的,这些细胞被设计用作 3D 打印机类型设备的墨水。打印机生产出类似人类的厚皮肤,移植后可有效形成新血管并帮助其再生和恢复其结构。

皮肤是最重要的皮肤之一。美国常见的器官移植手术,每年估计进行 160,000 例移植手术。但目前的移植标准存在严重缺陷,包括可移植的健康组织供应有限、成本高昂以及难看的疤痕。

生物打印皮肤被移植到小鼠的伤口上,并跟踪 90 天,对照组接受水凝胶移植,一组接受传统伤口包扎,仅接受传统伤口包扎。生物打印皮肤移植有助于伤口愈合通过将正在愈合的皮肤细胞发送到伤口部位而不是用​​力将皮肤拉在一起(收缩)来进行愈合

生物打印皮肤将其移植到小鼠的伤口上并随访 90 天,对照组接受水凝胶移植,另一组接受传统伤口包扎,仅接受其他治疗。生物打印的皮肤移植物通过将愈合的皮肤细胞发送到伤口部位而不是用​​力将皮肤拉在一起(收缩)来帮助伤口愈合

生物打印机使用人类皮肤细胞生成类人皮肤的方形斑块 生物打印皮肤移植物的一些示例如图所示

迄今为止,还无法使用生物打印机创建全厚皮肤。如果适当扩大规模,该技术每年可能会帮助 160,000 名需要植皮的人

维克森林大学的研究人员在实验室中开发了模仿皮肤生物构成的皮肤人体皮肤使用六种类型的人体皮肤细胞:表皮角质形成细胞、黑色素细胞、真皮成纤维细胞、毛囊真皮乳头细胞、真皮微血管内皮细胞和脂肪细胞。

科学家治愈伤口通过重新编程皮肤细胞

索尔克研究所的研究人员找到了一种直接转换自然存在的细胞的方法通过将受伤细胞重新编程为干细胞样状态,将开放性伤口中的细胞转化为新的皮肤细胞,在这种状态下,细胞恢复到更早、更灵活的状态,从而可以发育成不同的细胞类型。

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将细胞放入特殊的小瓶中用于打印生物材料(例如器官组织)的特定类型墨水。

这种墨水被用来创建一个三乘三厘米的皮肤斑块,由构成健康人类皮肤的三层组成,即表皮、真皮和皮下组织。

这三层共同构成了所谓的“全层”皮肤,而迄今为止使用 3D 打印来创建它是不可能的研究人员表示。

使用六种不同的人类细胞来开发用于小鼠的皮肤斑块,这对于确保打印的移植物的效果也至关重要其功能与天然人类皮肤愈合伤口时的功能相同。

研究人员表示,过去开发生物打印皮肤的一个缺点是它们只包含两种细胞类型。

研究人员在四只小鼠身上测试了他们的生物打印皮肤,另外四只小鼠接受了没有生物打印皮肤移植的对照治疗,最后四只接受了标准绷带。

三周内每周都会拍摄愈合过程的照片。到第 14 天,覆盖有生物打印皮肤的小鼠伤口完全闭合。

与此同时,接受对照移植物或传统绷带的小鼠的伤口闭合率仅为 64%。

植皮中使用的人类细胞有助于加速上皮细胞向伤口部位的迁移,这是愈合的典型标志,称为上皮化。

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美国每年进行约 160,000 例皮肤移植手术。这些可能具有挑战性,因为医生可能无法从人的某一部位提取所需数量的健康皮肤来修补身体其他部位的伤口。移植物也可能​​出现严重错误,可能导致感染和截肢

接受生物打印皮肤的小鼠与其他组相比,移植物的愈合时间最快。研究人员将此归因于生物打印具有将愈合细胞发送到伤口部位的独特能力,有助于伤口干净愈合,而不限制周围皮肤区域的活动性” class=

与其他组相比,接受生物打印皮肤移植的小鼠愈合时间最快。研究人员将此归因于生物打印具有独特的能力,可以将愈合细胞发送到伤口部位,帮助伤口干净地愈合,而不限制周围皮肤区域的活动性

接受生物打印皮肤移植的小鼠的伤口也显示出形成独特的类人脊和凹槽图案的迹象,这些脊和凹槽将皮肤层固定在一起。这是值得注意的,因为正常小鼠的皮肤具有非常不同的平坦、薄的外观。

科学家们使用四只猪在四只猪身上进行了类似的概念验证实验。不同的人类细胞类型,以验证他们的理论,即在实验室环境中生物打印全层皮肤移植物可以应用于真实的伤口。

像小鼠一样,一些猪接受了对照皮肤移植、新设计的生物打印皮肤移植或传统的伤口敷料与绷带,没有额外的移植。在 28 天内,每周检查两次它们的愈合状态。

所有猪,无论接受何种治疗,到第 28 天时伤口都完全闭合。然而,一个主要的区别是,接受生物打印移植物的猪的伤口通过上皮化而不是收缩来愈合,收缩将周围组织向内拉,导致形成难看的疤痕。

上皮化过程通常也适合于o 愈合更快,因皮肤收紧而失去活动能力的风险更低,疤痕也更少。

维克森林再生医学研究所所长、该研究的合著者安东尼·阿塔拉博士表示:“全面的皮肤愈合是一项重大的临床挑战,影响着全世界数百万人,但选择有限。

“这些结果表明,制造全厚度的人体生物工程皮肤是可能的,并且可以促进更快的愈合和恢复更自然地出现结果。'


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