生物工程搭配 3D 列印，美團隊成功研發「可穿戴」一體式人工皮膚

美國哥倫比亞大學的研究人員以生物工程方法搭配 3D 列印技術，近日成功利用人類皮膚細胞研發出一款新型人工皮膚，可以配合人體複雜的立體形狀。長遠而言，這項新技術或有望用作構建無縫的「生物服裝」（biological clothing），在為病人（例如燒傷患者）進行皮膚移植時，可以直接套在受損的身體部位，省卻大量縫合程序，改善手術成效。團隊已將研究成果寫成論文，並在 1 月 27 日出版的一期《科學進展》（Science Advances）期刊中發表。

3D 列印技術打造有觸覺反應的人工手指！觸覺信號與真實人體手指相似（基因線上國際版）

挑戰傳統的新型生物工程皮膚移植物

運用組織工程學（Tissue engineering）方法製造供移植用皮膚的技術可以追溯至上世紀 80 年代初，時至今日，這些生物工程皮膚通常都是邊緣敞開的平面薄片。如果皮膚移植手術涉及形狀較複雜和不規則的身體部位（例如手指和臉部），傳統的皮膚移植物無法有效覆蓋，醫師在施手術時就需要把多塊皮膚縫合在一起，以貼合不同的角落和縫隙，既令移植過程變得艱巨和費時，也影響接受移植部位的功能，外表看起來亦不美觀。

為了突破這個困局，由哥倫比亞大學歐文醫學中心（Columbia University Irving Medical Center）皮膚科助理教授 Hasan Erbil Abaci 博士領導的研究人員和生物工程師團隊開始開發「可穿戴的無棱角皮膚構造」（wearable edgeless skin constructs，WESCs）。整個過程需時約 3 周，研究團隊首先對需要移植的肢體部位（例如手掌）進行 3D 掃描，再以電腦輔助設計（Computer-aided design）軟體搭配 3D 列印技術，為該部位塑造一個中空且具滲透性的模具。接下來，研究人員在模具外部注入纖維母細胞（fibroblast），這些細胞負責產生結締組織和膠原蛋白，以組成皮膚的基本結構。最後，研究人員在模具表面塗上用以構成表皮的角質形成細胞（keratinocyte），又在內部注入營養液，提供皮膚發育所需的養分。

當皮膚發育大致完成，研究人員就會將之從模具中取出，放置在需要移植的部位周圍，並縫合到位。與此同時，團隊又以同樣的技術，同樣用 3 周時間製作扁平的生物工程皮膚薄片，以比較兩者的生物力學特性。

製作「可穿戴的無棱角皮膚構造」（WESCs）的過程（資料來源：*Science Advances*)

在小鼠身上測試新型皮膚移植物

為了測試這種創新的 3D 生物工程皮膚，研究團隊以小鼠後肢為藍本來設計模具，然後利用這個模具，以上述方法製成一個小鼠版本的 WESC。接下來，研究人員把小鼠左後肢接受移植部位的皮膚預先切除，並把已有血管形成的 WESC 從模具中取出，套在小鼠左後肢的傷口上。結果 WESC 猶如一件為小鼠量身訂製的衣服般，完全貼合小鼠的傷口。套上皮膚的過程只用了不到 40 秒，Abaci 博士憶述：「這就像給小鼠穿上了一條短褲。」

整個移植手術只花了大約 10 分鐘。手術 4 周後，移植物與旁邊的小鼠皮膚已經完全融合，小鼠的後肢亦已完全恢復功能。另一方面，Abaci 博士的團隊在這次研究中也發現，與把皮膚移植物薄片縫合拼湊起來的傳統技術相比，新型的立體皮膚移植物表現出更佳的生物力學和功能特性。