生物打印皮肤可以治愈猪的伤口且疤痕最小——下一个是人类

生物打印皮肤可以治愈猪的伤口且疤痕最小——下一个是人类

时间戳记：9年2023月2日下午21:XNUMX
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我们的皮肤是生物工程的自然奇迹。

它是体内最大的器官，是一个防水的防御系统，可以防止感染。 它充满了汗腺，可以让我们在高温下保持凉爽。 它可能会受到严重的打击——晒伤、划伤和擦伤、食用油飞溅以及日常生活中的其他事故——但会迅速再生。 当然，可能会留下持久的伤疤，但轻微损伤的迹象最终会消失。

考虑到这些好处，难怪科学家们尝试在实验室中重建皮肤。 例如，人造皮肤可以： 掩护机器人 或假肢，使它们能够“感觉”温度、触摸，甚至在受损时愈合。

它也可能是一个救星。 皮肤的自我修复能力是有限度的。 遭受严重烧伤的人通常需要从身体的其他部位移植皮肤。 虽然有效，但该过程很痛苦并且增加了感染的机会。 在某些情况下，可能没有足够的未受损皮肤。 类似的困境困扰着在战斗中受伤的士兵或患有遗传性皮肤病的士兵。

至少可以说，重建皮肤的所有超能力是很困难的。 但上周， 来自维克森林大学的团队 在移植到小鼠和猪身上的人造皮肤上迈出了一大步，可以治愈大伤口。

研究小组使用六种不同的人类皮肤细胞类型作为“墨水”，打印出三层人造皮肤。 与之前的迭代不同，这种人造皮肤非常模仿人类皮肤的结构。

在概念验证研究中，研究小组将皮肤移植到有皮肤损伤的小鼠和猪体内。 皮肤移植物迅速接入周围皮肤的血管，融入宿主体内。 它们还帮助将胶原蛋白（一种愈合伤口和减少疤痕所必需的蛋白质）塑造成类似于天然皮肤的结构。

“这些结果表明，创造全厚度的人体生物工程皮肤是可能的，并促进更快的愈合和更自然的结果，” 说过 研究作者安东尼·阿塔拉博士。

等等……什么是全层皮肤？

我们经常将皮肤想象成包裹身体的床笠。 但在显微镜下，它是一个复杂的生物建筑杰作。

或者我喜欢把它想象成一个三层蛋糕。

每层都有不同的细胞类型，适合其独特的功能。 最上面一层是守护者。 它与外界有直接联系，其细胞类型可以耐受紫外线、干旱天气和有害细菌。 它还容纳产生色素沉着的细胞。 这些细胞在受损时不断脱落并被替换以保持屏障坚固。

中间层是桥。 在这里，血管和神经纤维将皮肤与身体的其他部位连接起来。 这一层充满了产生体毛、汗水和润滑油的细胞——这是任何容易长粉刺的人的祸根。 作为最宽的一层，它由胶原蛋白紧密地结合在一起，赋予皮肤灵活性和强度。

最后，最深层的皮肤层是“蓬松的外套”。 该层主要由胶原蛋白和脂肪细胞组成，是一种减震器，可以保护皮肤免受伤害并有助于维持身体热量。

重建所有这些结构和功能非常困难。 阿塔拉的解决方案？ 三维 生物印刷.

游戏中的皮肤

阿塔拉对生物打印并不陌生。

2016年，他的团队开发了 组织器官打印机 可以打印任何形状的大纸巾。 该团队利用临床数据制作了计算机模型来指导打印机打印各种骨骼结构和肌肉。 几年后，他们设计了 皮肤生物打印机 它使用来自顶层或中层的两种细胞类型来直接修补受伤的皮肤。 虽然皮肤可以闭合大伤口，但它只体现了天然皮肤复杂性的一部分。

这项新研究使用六种类型的人体细胞作为生物墨水，从上到下重建了我们皮肤的结构。 为了制造人造皮肤，该团队使用了 计算机软件 指导每层细胞的放置。 称为 3D 挤出打印，该技术利用气压从喷嘴中打印高度复杂的组织。 听起来很复杂，但这有点像挤出不同颜色的糖霜来装饰蛋糕。

第一步，研究小组将细胞悬浮在主要由 肝脏分泌的蛋白质。 与合成材料不同，这种人体产生的碱提高了生物相容性。 然后，该团队逐层打印 3D 植皮，每边一英寸，比方糖大一点。

生物打印的皮肤在实验室中保持其三层至少 52 天，并形成有色素沉着和正常脱落的区域。

受到鼓舞，研究小组接下来在老鼠身上测试了人造皮肤。 与仅使用水凝胶或让伤口自然愈合的伤口相比，所有使用人造皮肤移植物治疗的伤口均在两周内完全愈合。

人造皮肤特别擅长构建皮肤的上保护层，形成类似于自然愈合的结构。 它还产生胶原蛋白，更重要的是，将其编织成类似于人类皮肤的柳条篮状结构。

生物打印的皮肤进一步招募了小鼠自身的血管细胞，在移植物内部产生了小血管网络。 研究小组使用染色剂追踪移植物中的人类蛋白质，发现移植的细胞与皮肤中层的宿主整合在一起。

吱吱作响？

老鼠的皮肤比人类薄。 相比之下，猪皮更接近我们的皮肤。 在第二次测试中，研究小组扩大了猪移植技术。 在这里，他们通过活组织检查从猪身上采集了四种类型的细胞，其中包括一些构成皮肤外层、胶原蛋白、血管和脂肪组织的细胞，并将它们在生物反应器中培养 28 天。

部分批次不合格。 然而，平均而言，酿造产生的细胞足以使初始移植物的大小加倍，以获得更大的覆盖范围。 由此产生的人造皮肤贴片大约有魔方面大小，并且与猪皮的厚度相匹配。

与老鼠身上的结果一样，移植物迅速闭合了大伤口，而没有出现通常的“起皱”效应——皮肤像葡萄收缩到葡萄干一样收缩——从而导致疤痕。

研究小组得出的结论是，这可能是因为移植物扩增了负责伤口愈合的基因，其中一些基因还调节免疫反应，有助于生长新血管并减少疤痕。

人造皮肤前景广阔，但仍处于起步阶段。 当移植到猪身上时，它并不能可靠地产生色素沉着，这可能会给那些肤色较深的人带来麻烦。 这些移植物也不会产生体毛，尽管它们含有体毛在生物墨水中生长的结构。 虽然这可能不是最糟糕的（不再刮胡子！），但结果表明仍有很多东西需要学习。

对于阿塔拉来说，一切努力都是值得的。 “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，”他说。 该研究表明，打印全尺寸皮肤可以治疗人类的毁灭性伤口。

图片来源：显微镜下的正常皮肤细胞。 Torsten Wittmann，加州大学旧金山分校（来自 NIH/Flickr）

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