一個國際研究小組表示，生物工程的進步可能會讓重建手術的結果更加自然。研究人員發現，脂肪組織可以在3D 列印多層活體皮膚甚至毛囊中發揮關鍵作用。利用透過臨床過程從人體組織中獲得的脂肪細胞和支撐結構，團隊成功實現了大鼠的精確損傷修復。這項突破有可能對人類的臉部重建手術和毛髮生長療法產生重大影響。

一種使用脂肪組織的新型3D 生物列印方法可以列印分層的活體皮膚和毛囊，有望改善重建手術和毛髮生長治療的效果。這項專利技術在老鼠身上進行了成功的測試，可以徹底改變治療皮膚損傷和增強美容手術的方法。

該團隊的研究結果發表在《生物活性材料》。美國專利商標局於二月授予該團隊一項在本研究中開發和使用的生物列印技術的專利。

賓州州立大學工程科學與力學、生物醫學工程和神經外科教授易卜拉欣·T·奧茲博拉特(Ibrahim T. Ozbolat) 表示：「用於糾正因受傷或疾病而造成的臉部或頭部創傷的重建手術通常並不完美，會導致疤痕或永久性脫髮。透過這項工作，我們證明了生物打印的全層皮膚具有在老鼠身上生長毛髮的潛力。 這距離實現更自然、更美觀的人類頭部和臉部重建又更近了一步。」他領導了進行這項工作的國際合作。

雖然科學家之前已經對薄層皮膚進行了3D 生物列印，但Ozbolat 和他的團隊是第一個在手術中列印多個皮膚層（包括最底層或皮下組織）的完整生命系統的。研究人員表示，術中指的是手術期間列印組織的能力，這意味著該方法可用於更立即、無縫地修復受損皮膚。頂層－作為可見皮膚的表皮在中間層的支撐下自行形成，因此不需要列印。皮下組織由結締組織和脂肪組成，為頭骨提供結構和支撐。

賓州州立大學博士後研究員Miji Yeo 檢查3D 列印機上的生物墨盒，該列印機專為術中列印皮膚層而開發。圖片來源：米歇爾·比克斯比/賓州州立大學

「皮下組織直接參與幹細胞變成脂肪的過程，」奧茲博拉特說。「這個過程對於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，特別是促進頭髮生長。”

皮膚生物列印的突破

研究人員首先從賓州州立大學健康米爾頓·赫爾希醫療中心接受手術的患者身上獲取人體脂肪或脂肪組織。合作者迪諾·J·拉夫尼克(Dino J. Ravnic) 是賓州州立大學醫學院整形外科系的外科副教授，他帶領他的實驗室獲得了用於提取細胞外基質的脂肪——細胞外基質是分子和蛋白質的網絡，為細胞提供結構和穩定性。組織－製造生物墨水的一種成分。

Ravnic 的團隊也從脂肪組織中獲得了乾細胞，如果提供正確的環境，幹細胞有可能成熟為幾種不同的細胞類型，從而製造另一種生物墨水成分。每個組件都被加載到生物印表機的三個隔間之一。第三個隔間充滿了凝血溶液，有助於其他成分正確地結合到受傷部位。

「這三個隔間使我們能夠在精確控制下共同列印基質-纖維蛋白原混合物和幹細胞，」Ozbolat 說。“我們直接列印到損傷部位，目標是形成皮下組織，這有助於傷口癒合、毛囊生成、溫度調節等。”

他們獲得了皮下組織和真皮層，表皮在兩週內自行形成。

「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傳遞對於皮下組織的形成至關重要，」Ozbolat 說。“它不能僅對細胞或基質有效地起作用——它必須同時起作用。”

他們還發現皮下組織含有向下生長，這是早期毛囊形成的初始階段。研究人員表示，雖然脂肪細胞不會直接參與毛囊的細胞結構，但它們參與毛囊的調節和維護。

「在我們的實驗中，脂肪細胞可能改變了細胞​​外基質，以更有利於向下生長的形成，」奧茲博拉特說。“我們正在努力推進這一目標，以控制密度、方向性和生長的方式使毛囊成熟。”

奧茲博拉特表示，在創傷的受傷或患病部位精確生長毛髮的能力可能會限制自然重建手術的表現。他說這項工作提供了一條“充滿希望的前進道路”，特別是與他實驗室的其他項目相結合，包括打印骨骼和研究如何匹配各種膚色的色素沉著。

「我們相信這可以應用於皮膚科、植髮以及整形和重建手術——它可能會帶來更美觀的結果，」奧茲博拉特說。“憑藉全自動生物列印能力和臨床級兼容材料，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。”

編譯自: ScitechDaily