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俗話說,「如果手套合適…」圖片來源:哥倫比亞大學
一群生物工程師可能已經透過以複雜的 3D 形狀生長皮膚,解決了將人造皮膚平板移植到身體不適部位的問題。該技術被恰當地稱為“生物服裝”,可以建立無縫的 3D 組織,直接落在身體。
就拿人的手來說吧,如此複雜以至於無法握出像樣的拳頭(懂了嗎?)。如果您只有平坦的人造皮膚,那麼將皮膚移植到手上(例如,在嚴重燒傷的情況下)可能會很困難且耗時。透過這種新方法,可以生長出 3D 皮膚手套,可以簡單地套在傷口上。
哥倫比亞大學的首席開發者哈桑·埃爾比勒·阿巴奇 (Hasan Erbil Abaci) 在一份報告中表示:“可以作為‘生物服裝’進行移植的三維皮膚結構將具有許多優勢。”陳述。 “它們將極大地減少縫合的需要,縮短手術時間,並改善美觀效果。”
不僅移植物看起來更好且更容易應用——研究還發現 3D比由單獨的扁平件製成的傳統移植物更有效地發揮作用。
過程首先對目標身體部位進行 3D 雷射掃描,然後 3D 列印出空心模型。應用於模型的成纖維細胞開始產生必需的膠原蛋白,這是賦予皮膚結構所需的。 14 天后,添加角質形成細胞(構成皮膚外層大部分的細胞)懸浮液,讓細胞附著生長。
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為了確保皮膚均勻分佈並有效發揮作用,研究人員用螢光染料測試了小塊區域。圖片來源:Pappalardo 等人,《科學進展 2023》(抄送4.0)
本研究中設計 3D 手套的整個過程大約花了三週時間,與製作人造皮膚平板所需的時間大致相同。除了在 3D 模型周圍塑造生長的皮膚會增加複雜性之外,整個過程幾乎是相同的。
為了測試他們的創新,研究小組將一些人類皮膚結構移植到老鼠的後肢。 「這就像給老鼠穿上了一條短褲,」阿巴奇說。 “整個手術大約花了10分鐘。”
四周後進行評估時,移植物已與周圍皮膚無縫融合,小鼠的磨損情況沒有惡化,腿部功能齊全。
小鼠實驗是偉大的第一步,但人類皮膚的癒合方式不同,因此研究人員計劃下一步在皮膚生物學與我們更相似的動物身上測試該技術。我們可能需要幾年時間才能看到人體臨床試驗。
我們今天所知的人造皮膚自 20 世紀 80 年代以來就已出現,但植皮的概念和皮膚替代品的使用可追溯至15年th西元前世紀。 Abaci 和團隊意識到 3D 列印的出現可能是急需升級的關鍵。
“作為一名生物工程師,皮膚的幾何形狀被忽視並且移植物具有開放的邊界或邊緣,這一直困擾著我。我們從其他器官的生物工程中知道,幾何形狀是影響功能的重要因素。”
未來,有可能利用患者自己的皮膚細胞製造個人化的移植物。這項技術還有潛力用於阿巴奇將其描述為“令人信服”:“我們的可穿戴皮膚將與軟骨、肌肉和骨骼等底層組織融為一體,為患者提供屍體移植之外的個性化替代方案。”
該研究發表於科學進步。