资讯中心

皮肤生物3D打印再突破!可将双层皮肤直接印在伤口上

2019.03.10 324 分享

导读

Wake Forest再生医学研究所的科学家们发明了一种皮肤生物打印系统,利用人体自身的皮肤细胞来制造新的皮肤层,并将其直接涂在伤口上,以帮助修补通常需要皮肤移植的大面积伤口。这是同类产品中首个可以将双层皮肤直接“印”在伤口上的生物打印机,这将利用生物打印机“打印皮肤层”来帮助治疗慢性伤口或烧伤成为可能。

近年来,生物打印已被证明是组织工程应用的重要工具,并且它对于皮肤组织的制造具有很大的希望。来自Wake Forest再生医学研究所(WFIRM)的一个团队通过开发移动皮肤生物打印系统的概念验证证明了这方面的进展,该系统提供了对全层伤口的快速现场管理。该原型旨在用于伤口愈合和直接覆盖患者的大伤口区域。实验是在小鼠和猪皮上进行的,因此这项实验距离在人类中进行试验还需要几年的时间。现在,如果你想修理好腿,这是个好消息。尽管如此,该研究代表了潜在的个性化伤口治疗方法的显著进步,因为它与直接在患者身上直接生物打印皮肤的其他方法相似并且更进一步。

它也代表了Wake Forest公司提出的一项非常具有战略意义的知识产权举措,可以申请专利并利用大规模伤口治疗的合理途径。生物打印梯度,正确的血管化,实际实现患者特定的生物打印,扫描和打印的组合以及皮肤的原位打印都是关键领域。


WFIRM团队的一名成员与生物打印机合作

这很突出,因为这个想法可以代表医疗保健方面的重大改进。由烧伤、糖尿病或静脉和压力性溃疡引起的大的,不愈合的或慢性伤口对患者来说是负担并且意味着医疗服务的巨大成本。仅在美国,每年有700多万患者患此病,每年的支出为250亿美元。因此,没有必要向社会解释再生医学的改进的重要性。

科学家开发的辅助系统为改进这一问题迈出了一步。这是一台可以直接在病人身上定制皮肤组织的机器。


通过WFIRM展示皮肤生物打印机规模的示意图

皮肤生物打印机系统的主要组成部分包括手持式3D扫描仪和带XYZ移动系统的打印头,该系统包含8个260μm直径的喷嘴,每个喷嘴由独立的点胶马达驱动。 ZScanner Z700扫描仪能够以连续扫描方式捕获整个伤口,并创建用于打印的伤口图。

“扫描完成后,将伤口数据编辑成伤口模型。然后使用Geomagic Studio软件处理扫描的伤口区域,将模型定向到标准坐标,以便导入Artcam是理想的。扫描数据采用STL文件的形式,该文件已从Geomagic输出并输入到Artcam 3D软件中,以获得打印填充体积所需的全部体积和喷嘴路径。

一旦获取数据,就可以修改它以更好地适应伤口的结构来治疗:“用户可以定义一系列相应的图像,其中每个非黑色像素对应于单元格下降,并且像素的颜色对应于要打印的单元格类型。此方法允许用户使用任何配置中的任何单元格类型创建复杂结构。最后,通过打印头配置向用户提供打印机中加载的可用单元类型列表。

准备就绪后,它将用于生成填充体积和喷嘴头的打印路径点。输送系统类似于传统喷墨打印中使用的输送系统。它有几个墨盒,每个墨盒包含不同的生物材料,每个喷嘴都连接到一个单独的墨盒上。它直接在伤口处打印3D双层皮肤替代品,包括与患者伤口完全匹配的真皮成纤维细胞和表皮角质形成细胞。

“然后将伤口深度分成Z轴上的层以确定哪些层对应于真皮和表皮。每层覆盖一系列覆盖整个伤口区域的XY线。这些线与基于盒的传送系统结合使用以确定打印机的路径。皮肤细胞传递系统由定制软件控制,该软件采用基于Microsoft.NET Framework 2.0并用C ++编写的三层架构设计。

使这项技术与众不同的是,皮肤生物打印机具有移动性,可以通过扫描和测量患者的伤情,直接在患者身上定制皮肤组织。通过数据的编辑和操作,可以管理广泛的伤口表面并沉积精确定制的生物材料,模拟皮肤。

与用于愈合伤口的现有技术(例如使用手动接种的基质或细胞喷雾)相比,这具有可能的优点。生物打印的皮肤可能被证明是最合适的,因为它能够将特定细胞类型放置到所需位置并创建复杂的皮肤结构,从而改善伤口愈合,具有更好的美学特性。从知识产权的角度来看,Wake Forest确实非常及时地披露了最简单的皮肤组织个性化原位3D打印途径。

同时,这种技术在应用于小鼠和猪皮伤口时显示出积极的结果。其成功的未来取决于这种方法能否成功地在人类身上进行临床试验,并取得良好的结果,我们都希望如此。



返回顶部