生物3D打印人工皮膚有哪些應(yīng)用？

2018-08-13

3D打印技術(shù)與生命科學相結(jié)合為創(chuàng)建人工器官、組織打開了一扇門，而創(chuàng)建人工皮膚是這些學科所探索的其中一個應(yīng)用方向。3D打印的人工皮膚或?qū)⒏淖儫齻颊叩钠つw修復治療方式與化妝品研發(fā)過程中所需的測試方式。

替代移植，修復嚴重受損皮膚

目前，為了治療燒傷患者，需要從患者身移植部分健康皮膚，但這會導致使患者身上產(chǎn)生更多的傷口，特別是在治療大面積燒傷的患者時，這種方式帶有一定弊端。而通過生物3D打印制造的人工皮膚有望替代人體皮膚移植，以人工皮膚進行燒傷皮膚的修復。

多倫多大學生物醫(yī)學和機械工程研究生團隊就開展了生物3D打印人工皮膚的研究，通過他們的研究，我們可以大致了解到3D打印人工皮膚的制造過程和原理。

多倫多大學的團隊研發(fā)了一種生物3D打印機，該3D打印設(shè)備能夠在一段相對短的時間內(nèi)大量生成可移植的人工皮膚。通過這臺3D打印機，可以擠出一種被稱為“活繃帶”的水凝膠材料，該材料是由生物聚合物、人角質(zhì)形成細胞（一種皮膚細胞）和成纖維細胞（即在傷口愈合中起關(guān)鍵作用的蜂窩結(jié)構(gòu)體）混合而成的。

在擠出過程中，水凝膠材料被打印成離散和清晰的蜂窩結(jié)構(gòu)體，以模仿人體皮膚。這種人工皮膚組織的應(yīng)用方向是覆蓋在人體燒傷的皮膚創(chuàng)面上，促進燒傷皮膚修復。

生物3D打印技術(shù)能夠模仿人類皮膚組織結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建出具有不同層的人工皮膚結(jié)構(gòu)，即用于保護內(nèi)部組織的表皮結(jié)構(gòu)，更厚更深的真皮層， 以及由成纖維細胞產(chǎn)生的膠原蛋白構(gòu)成的具有彈性和機械強度的結(jié)構(gòu)。

但是通過生物3D打印技術(shù)和帶有人體細胞的活性材料制造的人工皮膚，看起來并不像真正的皮膚，與人體真正的皮膚相比，這些皮膚組織并不具有毛囊或色素沉著。

為解決這些問題，新加坡制造技術(shù)研究所（SIMTech）的研究人員和科學家以及南洋理工大學3D打印中心（SC3DP）開發(fā)了一種3D打印制作的著色皮膚。

他們使用生物3D打印來實現(xiàn)均勻的皮膚色素沉著。對于用于人工皮膚制造技術(shù)來說，這項研究成果可能將是一個很大的進步，因為這項技術(shù)能夠制造出與人體具有匹配膚色的人工皮膚，這將促進人工皮膚技術(shù)在醫(yī)療中的應(yīng)用。

替代動物，進行化妝品測試

生物3D打印的人工皮膚組織可以替代動物，用于化妝品的測試。目前這項技術(shù)已經(jīng)進入了商業(yè)化階段。

根據(jù)3D科學谷的市場觀察，生物3D打印公司Organovo與歐萊雅（美國）已在合作推進3D打印皮膚在化妝品實驗中的應(yīng)用，中國的化妝品企業(yè)伽藍集團推出了用于測試的3D打印亞洲人皮膚組織，臺灣工業(yè)研究院在3D打印人工皮膚領(lǐng)域也取得了進展。

其中，臺灣工業(yè)研究院開發(fā)的人工皮膚是針對中國人的皮膚特性開發(fā)的，其3D打印皮膚組織EPiTRI，可以幫助化妝品制造商開展與OECD431和OECD439等國際法規(guī)和測試指南保持一致的材料和配方開發(fā)。EPiTRI 已在實驗室中進行了嚴格的測試，可用于化妝品成分的體外實驗。

從20世紀50年代起，動物實驗開始被美妝制造企業(yè)所采用，人們通過動物來測試美妝用品的安全性。近年來，隨著動物福利觀念與替代性實驗科技的發(fā)展，在美妝領(lǐng)域已經(jīng)逐漸取消動物實驗。越來越多的人也開始認同人類的美麗不需要以動物的痛苦為代價，并支持反動物實驗。目前，英國、歐盟、新西蘭等多個國家和地區(qū)已經(jīng)禁止了美妝品領(lǐng)域的動物實驗。

雖然在部分國家和地區(qū)，美妝用品已不再需要動物實驗，但是美妝制造商仍有必要開展確保產(chǎn)品安全性的替代性實驗。生物3D打印的人工皮膚組織成為一種新興的替代性實驗方式。

3D打印皮膚組織具有與人體皮膚類似的結(jié)構(gòu)，包括角質(zhì)層、顆粒層、棘細胞層和基底層，人工皮膚脂質(zhì)分析和屏障功能與人體皮膚匹配，這些是人工皮膚能夠作為皮膚刺激實驗和評估以及表皮腐蝕評估模型的基礎(chǔ)。