頭部面部皮膚對保護其下層結構至關重要。它也是我們身分的組成部分。臉部或頭部的外傷或大面積手術（例如切除癌症腫瘤）造成的全厚皮膚損傷會對人的自信和自尊心產生負面影響。研究人員在世界上首次將多層活體皮膚直接列印到大鼠的重大損傷部位，實現了無疤痕皮膚修復。這不是科幻小說–他們是真正地將皮膚（可能還有毛髮）3D列印到受損部位。

儘管整形外科技術不斷進步，但使用植皮修復頭面部全層皮膚缺損仍是一項挑戰。它可能導致疤痕、永久性脫髮和植皮失敗。但現在，賓州州立大學（Pennsylvania State University）的研究人員首次在大鼠手術中用三維列印技術列印出了具有毛髮生長潛能的全厚活體皮膚，立即糾正了動物頭部的嚴重皮膚缺損。

研究的通訊作者易卜拉欣-奧茲博拉特（Ibrahim Ozbolat）說：”為矯正面部或頭部受傷或疾病造成的創傷而進行的重建手術通常並不完美，會造成疤痕或永久性脫髮。透過這項工作，我們在老鼠身上展示了具有長毛潛力的生物打印全厚皮膚。這距離在人類身上實現更自然、更美觀的頭面部重建又近了一步。”

從解剖學上講，皮膚有三層：最外層（可見）的表皮、中間的真皮和最深層的皮下組織。真皮下層由結締組織和脂肪組成，為頭骨提供結構和保護性支撐。毛囊的根部延伸到真皮下層，這就是頭髮開始生長的地方。

奧茲博拉特說：「真皮下層直接參與幹細胞變成脂肪的過程。這個過程對包括傷口癒合在內的幾個重要過程至關重要。它還在毛囊循環中發揮作用，特別是在促進頭髮生長方面。”

他和賓州州立大學的研究團隊先前曾使用兩種不同的生物墨水同時三維列印軟硬組織，以修復囓齒動物頭骨和皮膚上的孔洞。在目前的研究中，他們更進一步。

他們從接受手術的病人的脂肪組織中提取分子和蛋白質網絡（細胞外基質），為組織提供結構和穩定性。這構成了生物墨水的一個組成部分。第二種成分是從脂肪組織中提取的幹細胞。第三種是含有纖維蛋白原的凝結溶液，幫助其他成分與受傷部位結合。每種成分分別裝入生物印表機的不同隔間。

活體皮膚3D 列印過程示意圖

奧茲博拉特說：”這三個隔間讓我們能夠在精確控制的情況下，將基質-纖維蛋白原混合物與幹細胞共同打印出來。我們直接在受傷部位打印，目標是形成真皮下層，這有助於傷口癒合、毛囊生成、溫度調節等。我們在大鼠身上進行了三組研究，以更好地了解脂肪基質的作用，我們發現基質和幹細胞的共同輸送對真皮下層的形成至關重要，只有細胞或基質才能有效發揮作用，必須同時進行。”

為了找出完美的混合物，研究人員對三種含有不同數量細胞外基質的生物墨水進行了實驗。

在對下真皮層和真皮層進行生物列印後，外表皮質在兩週內自行形成，傷口幾乎完全癒合。他們也發現，真皮下層含有”下生長”，即毛囊發育的雛形。研究表明，脂肪幹細胞與毛囊密切相關，並可能透過釋放生長因子來驅動毛囊生長。

實驗中，脂肪細胞可能改變了細胞​​外基質，使其更有利於向下生長的形成。研究人員正在努力推進這項工作，使毛囊成熟，並控制其密度、方向性和生長。

研究論文中包含的以下影片展示了直接列印到老鼠頭部傷口上的三維生物列印技術。影片中出現了血淋淋的開放性傷口，因此如果您膽小，最好還是跳過這段影片。

研究人員希望他們的技術，尤其是毛髮生長能力能夠改善整形手術的”外觀”，使其看起來更自然，這將對患者的心理健康產生積極影響。他們正在研究如何將先前的工作、3D 列印骨骼和研究如何匹配各種膚色的色素。

“我們相信，這項[技術]可以應用於皮膚科、毛髮移植以及整形和重建手術–它可以帶來更加美觀的結果，憑藉全自動生物打印能力和臨床級別的兼容材料，這項技術可能會對精確重建皮膚的臨床轉化產生重大影響”。

這項研究發表在《生物活性材料》雜誌。