3D打印可消除创伤疤痕

爱尔兰RCSI 医学与健康科学大学的科学家们开发了一种新型生物墨水,可以将其 3D 打印到能够快速推进人类伤口愈合过程的组织中。

通过将天然血液用于修复组织的富含血小板的血浆 (PRP) 整合到水凝胶中,该团队已经能够创造出独特的再生支架,他们说这种支架不仅能够快速愈合伤口而不会留下疤痕组织,但也可以有更广泛的外科应用。

“现有文献表明,虽然我们血液中已经存在的 PRP 有助于治愈伤口,但疤痕仍然可能发生,”RCSI 教授 Fergal O’Brien 说。“通过将 PRP 3D 打印到生物材料支架中,我们可以增加血管的形成,同时避免疤痕的形成,从而使伤口愈合更成功。”

“这项技术有可能用于再生不同的组织,从而极大地影响不断增长的再生医学、3D 打印和个性化医疗市场。

3D打印可消除创伤疤痕
该研究由 RCSI 医学与健康科学大学的一个团队领导。照片来自爱尔兰时报。

推进治疗科学

作为抵御日常环境威胁的第一道防线,我们的皮肤实际上是人体最大、最重要和最复杂的器官之一。当这些外层因受伤而破裂时,我们的组织通常能够自行愈合,如果任其自生自灭,但一些较大的伤口会导致疤痕或细胞无法完全再生,从而导致患者患上慢性病。

目前,后者倾向于通过伤口清洁、敷料和抗生素治疗,或者在更极端的情况下,使用皮肤移植物来完全替换受损组织。然而,与其他类型器官捐赠的方式一样,很难找到天然兼容的健康皮肤,因此移植物很少可行,尤其是在治疗大损伤时。

为了使这种植入物更容易获得,科学家们继续尝试创造伤口愈合组织工程支架的想法。然而,制造这些组织可能非常昂贵,因为需要重组生长因子使它们充分血管化以供最终使用,因此它们在实践中取得的成功有限。

作为使用昂贵的、通常只有部分有效的蛋白质进行组织移植的替代方案,RCSI 团队因此建议使用天然存在的 PRP。将患者的血小板直接应用于他们自己的皮肤会带来疤痕的风险,因此为了解决这个问题,科学家们找到了一种通过将 PRP 集成到 3D 可打印水凝胶支架中来植入 PRP 的新方法。

该团队装载 PRP 的支架对鸡胚胎的影响。
测试表明,该团队的 PRP 负载支架(右)可以将细胞血管化加速 50%。
图片来自高级功能材料杂志。

打印载有血小板的支架

为了使他们的生物工程组织成为可能,研究人员首先分离了从当地血库采集的样本中的 PRP,然后将其与光引发剂和明胶混合成一种新型生物墨水。准备就绪后,该团队使用Allevi II系统将材料挤出成支架,该过程不会出现任何尺寸或孔隙问题,并且比纯水凝胶样品降解得更慢。

在生产出他们的第一个原型后,科学家们继续评估他们在 14 天内的生长因子释放率,这对于最终用途应用来说至关重要。在这些试验中,发现支架释放出 10% 的纯 PRP,其血管内皮生长因子 (VEGF) 扩散最快,这意味着它们可能比目前的植入物血管化得更快。

作为最后的测试,该团队然后通过将它们移植到鸡胚胎上来测试他们的伤口愈合组织,这些胚胎被孵化并裂开以进行分析。与仅由水凝胶组成的移植对照样品相比,研究人员的 PRP 支架可将血管形成进一步增加 40%,并引发小血管和毛细血管的形成。

因此,尽管科学家们承认他们的移植物需要进一步测试以更好地了解宿主对植入的免疫反应,但他们表示他们的研究代表了“治疗复杂伤口的范式转换方法”,最终可能会产生单阶段裂伤愈合程序。

“我们的技术有可能应用于其他需要增强血管化和避免纤维化的组织工程应用,”该团队总结道。“此外,在 3D 打印植入物中使用 PRP 释放的自体生长因子具有巨大的临床转化潜力,与使用重组生长因子相比具有多种优势。”

3D打印可消除创伤疤痕
人造皮肤越来越多地用于临床试验中的产品测试。图片来自 T&R Biofab。

生物打印的皮肤植入潜力

他们可能还没有进入外科手术室,但 3D 生物打印组织在过去一年中突飞猛进。就在上个月,NOVOPLASM财团宣布已开发出一种治疗感染烧伤和改善皮肤移植伤口愈合的新方法,其中结合了生物打印和冷等离子体技术。

今年早些时候,宾夕法尼亚州立大学的科学家们还提出了一种同时修复皮肤和骨骼疾病的方法,其中两种独特的生物墨水可以直接生物打印到伤口部位。利用他们的方法,该团队已经能够在一次测试过程中快速修复大鼠模型头骨和皮肤上的一个洞。

同样,在护肤品市场,韩国制药公司HK inno.N等公司也开发了自己的 3D 打印皮肤模型,以测试自身免疫和皮肤病药物。该公司与生物打印专家T&R Biofab 合作,公布了在皮肤病药物上市之前使用其人造组织对皮肤病药物的功效进行深入研究的计划。

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