生物工程搭配 3D 打印，美团队成功研发“可穿戴”一体式人工皮肤

美国哥伦比亚大学的研究人员以生物工程方法搭配 3D 打印技术，近日成功利用人类皮肤细胞研发出一款新型人工皮肤，可以配合人体复杂的立体形状。长远而言，这项新技术或有望用作构建无缝的“生物服装”（biological clothing），在为病人（例如烧伤患者）进行皮肤移植时，可以直接套在受损的身体部位，省却大量缝合程序，改善手术成效。团队已将研究成果写成论文，并在 1 月 27 日出版的一期《科学进展》（Science Advances）期刊中发表。

3D 打印技术打造有触觉反应的人工手指！触觉信号与真实人体手指相似（基因线上国际版）

挑战传统的新型生物工程皮肤移植物

运用组织工程学（Tissue engineering）方法制造供移植用皮肤的技术可以追溯至上世纪 80 年代初，时至今日，这些生物工程皮肤通常都是边缘敞开的平面薄片。如果皮肤移植手术涉及形状较复杂和不规则的身体部位（例如手指和脸部），传统的皮肤移植物无法有效覆蓋，医师在施手术时就需要把多块皮肤缝合在一起，以贴合不同的角落和缝隙，既令移植过程变得艰巨和费时，也影响接受移植部位的功能，外表看起来亦不美观。

为了突破这个困局，由哥伦比亚大学欧文医学中心（Columbia University Irving Medical Center）皮肤科助理教授 Hasan Erbil Abaci 博士领导的研究人员和生物工程师团队开始开发“可穿戴的无棱角皮肤构造”（wearable edgeless skin constructs，WESCs）。整个过程需时约 3 周，研究团队首先对需要移植的肢体部位（例如手掌）进行 3D 扫描，再以电脑辅助设计（Computer-aided design）软件搭配 3D 打印技术，为该部位塑造一个中空且具渗透性的模具。接下来，研究人员在模具外部注入纤维母细胞（fibroblast），这些细胞负责产生结缔组织和胶原蛋白，以组成皮肤的基本结构。最后，研究人员在模具表面涂上用以构成表皮的角质形成细胞（keratinocyte），又在内部注入营养液，提供皮肤发育所需的养分。

当皮肤发育大致完成，研究人员就会将之从模具中取出，放置在需要移植的部位周围，并缝合到位。与此同时，团队又以同样的技术，同样用 3 周时间制作扁平的生物工程皮肤薄片，以比较两者的生物力学特性。

制作“可穿戴的无棱角皮肤构造”（WESCs）的过程（资料来源：*Science Advances*)

在小鼠身上测试新型皮肤移植物

为了测试这种创新的 3D 生物工程皮肤，研究团队以小鼠后肢为蓝本来设计模具，然后利用这个模具，以上述方法制成一个小鼠版本的 WESC。接下来，研究人员把小鼠左后肢接受移植部位的皮肤预先切除，并把已有血管形成的 WESC 从模具中取出，套在小鼠左后肢的伤口上。结果 WESC 犹如一件为小鼠量身订制的衣服般，完全贴合小鼠的伤口。套上皮肤的过程只用了不到 40 秒，Abaci 博士忆述：“这就像给小鼠穿上了一条短裤。”

整个移植手术只花了大约 10 分钟。手术 4 周后，移植物与旁边的小鼠皮肤已经完全融合，小鼠的后肢亦已完全恢复功能。另一方面，Abaci 博士的团队在这次研究中也发现，与把皮肤移植物薄片缝合拼凑起来的传统技术相比，新型的立体皮肤移植物表现出更佳的生物力学和功能特性。