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(xué)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(xué)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(fù)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(fù)嚴(yán)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(dǎo)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(jìn)行燒傷皮膚的修復(fù)。

多倫多大學(xué)生物醫(yī)學(xué)和機(jī)械工程研究生團(tuán)隊(duì)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(xué)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種生物3D打印機(jī)，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(jī)，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(xì)胞（一種皮膚細(xì)胞）和成纖維細(xì)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(jìn)燒傷皮膚修復(fù)。

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(hù)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(xì)胞產(chǎn)生的膠原蛋白構(gòu)成的具有彈性和機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。

但是通過生物3D打印技術(shù)和帶有人體細(xì)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(xué)家以及南洋理工大學(xué)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(shí)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(xiàng)研究成果可能將是一個很大的進(jìn)步，因?yàn)檫@項(xiàng)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(jìn)人工皮膚技術(shù)在醫(yī)療中的應(yīng)用。

替代動物，進(jìn)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(xiàng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化階段。

根據(jù)3D科學(xué)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(jìn)3D打印皮膚在化妝品實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，中國的化妝品企業(yè)伽藍(lán)集團(tuán)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，可用于化妝品成分的體外實(shí)驗(yàn)。

從20世紀(jì)50年代起，動物實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)科技的發(fā)展，在美妝領(lǐng)域已經(jīng)逐漸取消動物實(shí)驗(yàn)。越來越多的人也開始認(rèn)同人類的美麗不需要以動物的痛苦為代價(jià)，并支持反動物實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)。

雖然在部分國家和地區(qū)，美妝用品已不再需要動物實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)。生物3D打印的人工皮膚組織成為一種新興的替代性實(shí)驗(yàn)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(xì)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(shí)驗(yàn)和評估以及表皮腐蝕評估模型的基礎(chǔ)。