3D生物打印人工皮膚！湖南師范大學劉中華、陳海燕：開啟皮膚與毛囊再生的臨床新征程
皮膚作為人體重要器官，一旦完整性受損形成傷口，不僅會給患者帶來痛苦，增加感染風險，還會對生活質量造成嚴重影響，全球先進傷口護理市場規模龐大，尋找高效治療手段迫在眉睫。當前，大面積皮膚創傷的治療方式，如自體皮膚移植存在供體部位有限、易感染等問題，而人工皮膚替代品也無法實現包括毛囊、汗腺、血管和皮脂腺等皮膚附屬器的完全功能性、無瘢痕再生。毛囊作為皮膚重要附屬器，在抵御外界刺激、促進傷口愈合等方面意義重大，但利用真皮乳頭細胞進行組織工程存在獲取困難、體外培養時再生潛能難以維持等局限。
為解決這些難題，湖南師范大學劉中華、陳海燕團隊利用3D生物打印技術，將表皮干細胞和皮膚源性前體細胞與明膠甲基丙烯酸酯和透明質酸甲基丙烯酸酯組成的多組分水凝膠相結合，制備出預制人工皮膚。相關工作以《3D bioprinting of prefabricated artificial skin with multicomponent hydrogel for skin and hair follicle regeneration》為題發表在《Theranostics》上。湖南師范大學生命科學學院陳海燕副教授和劉中華教授為本文的共同通訊作者，陳海燕副教授研究團隊成員馬瀟瀟和朱肖慧為本文的共同第一作者。該研究成果能有效促進傷口愈合，實現表皮、真皮、毛囊、血管和皮脂腺等組織的再生，為皮膚修復和毛囊再生提供了新的解決方案，也為人工皮膚的體外培養和保存奠定了理論基礎。
研究內容
1. 多組分水凝膠的表征與3D打印性能評估
通過掃描電子顯微鏡（SEM）、溶脹率測定、溶解度測定、流變學測定及3D打印實驗等方法，研究不同濃度多組分水凝膠的微觀結構、溶脹溶解性能、機械性能和打印性能。結果表明，多組分水凝膠呈現相互連通的三維多孔網絡結構，孔徑5 - 30μm，濃度增加時孔徑減小、溶脹率和溶解度降低、機械穩定性增強；確定5% GelMA - 0.5% HAMA水凝膠打印性能良好，適合用于后續研究。
2. SKPs在多組分水凝膠中的活力、增殖及AP表達研究
采用細胞活力染色、細胞增殖檢測及堿性磷酸酶（AP）染色等方法，研究3D打印過程及不同多組分水凝膠對SKPs增殖和活性的影響。結果顯示，3D打印后第1天，SKPs在多組分水凝膠中活力超95%，第3天雖略有下降但仍超90%，且各水凝膠組中SKPs均有不同程度增殖；AP染色表明多組分水凝膠未影響SKPs毛囊再生潛能，5% GelMA - 0.5% HAMA水凝膠組中AP表達顯著升高。
3. 人工皮膚中Epi - SCs和SKPs的細胞學分析
運用免疫熒光（IF）染色、實時定量聚合酶鏈反應（RT - qPCR）和流式細胞術分析，研究3D打印和三維培養對SKPs細胞特性、干性及毛囊誘導潛能的影響，以及多組分水凝膠對Epi - SCs的影響。結果表明，SKPs在人工皮膚中穩定表達相關標記蛋白，干性基因和毛囊誘導相關基因表達顯著增加；Epi - SCs在多組分水凝膠中培養，其表面標記CD49f和CD29表達與傳統培養組無顯著差異，說明該人工皮膚具有皮膚附屬器再生潛力。
4. 含SKPs和Epi - SCs的3D打印人工皮膚促進體內皮膚和毛囊再生
利用裸鼠皮膚和毛囊重建模型，通過移植3D打印的含Epi - SCs、SKPs和5% GelMA - 0.5% HAMA水凝膠的人工皮膚，觀察傷口愈合情況，進行H&E染色、免疫熒光染色檢測。結果顯示，人工皮膚促進傷口完全愈合，有明顯毛發生長，成功再生毛囊、表皮、真皮、血管和皮脂腺，表明該人工皮膚能有效促進體內皮膚及附屬器再生。
5. 預制人工皮膚促進體內皮膚和毛囊再生
將人工皮膚在體外培養6和12 h后移植到裸鼠傷口，通過觀察毛發再生情況、H&E染色、免疫熒光染色和毛發數量統計，研究預制人工皮膚的再生能力。結果表明，體外培養6和12 h的人工皮膚仍能促進傷口毛發再生，實現表皮、真皮、毛囊、血管和皮脂腺再生，雖培養時間延長毛發密度有所降低，但12 h內毛囊再生可行，為細胞負載人工皮膚的預制提供了理論依據。
研究結論
本研究整合組織工程與3D生物打印技術，成功開發出全層皮膚再生的方法。研究選用打印性能優良、溶解性和溶脹率低、機械性能穩定的多組分光敏水凝膠，通過3D生物打印封裝表皮干細胞和皮膚源性前體細胞，制備出可定制的人工皮膚。這種人工皮膚不僅有助于無瘢痕愈合，更重要的是能夠再生毛囊、血管和皮脂腺等皮膚附屬器。該方法在皮膚組織工程及相關領域具有廣泛應用的巨大潛力，為皮膚修復和皮膚附屬器再生提供了新的策略，也為后續細胞負載人工皮膚的體外培養研究奠定了基礎。
文章來源：https://www.thno.org/v15p2933.htm
(責任編輯：admin)
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