體外3D打印血管化全層皮膚組織模型

供稿人:顧恒，連芩

韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院Byoung Soo Kim等人提出一種新的皮膚打印策略。研究人員在自行設(shè)計(jì)的多功能生物3D打印平臺(tái)上，利用噴墨和擠出打印兩種工藝構(gòu)建了包含表皮、真皮和皮下組織的體外全層皮膚模型，在該模型真皮層和皮下組織的交界處含有內(nèi)皮化且可灌注的血管（如圖1所示）。

圖1 全層皮膚組織模型

血管化全層皮膚的打印過(guò)程主要分為四步（如圖2所示）。首先，利用PCL擠出打印類似Transwell的結(jié)構(gòu)，在表面均勻地覆蓋明膠基墨水；隨后擠出打印PCL網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并在四周形成“圍墻”；然后，逐層擠出打印皮下組織層、血管、真皮層，噴墨打印表皮層；最后，灌流血管并添加混合培養(yǎng)基促進(jìn)皮膚成熟。其中，PCL起到支撐材料、減小模型收縮、形成氣液培養(yǎng)界面的作用。

圖2全層皮膚組織模型打印流程

值得注意的是，為了保證良好的生物相容性，在打印血管時(shí)，研究人員放棄通常使用同軸噴頭，轉(zhuǎn)而利用低溫預(yù)固化明膠-纖維蛋白原實(shí)心圓管，后用凝血酶噴灑表面提高其強(qiáng)度，最后升高溫度使內(nèi)部材料流出的方法形成空腔。灌流實(shí)驗(yàn)證明了該方案的可行性，HE染色發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞成熟后形成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，大分子滲透實(shí)驗(yàn)證明了打印后內(nèi)皮化的血管具有選擇滲透性，具有實(shí)際血管的特定功能。

圖3 打印血管灌注實(shí)驗(yàn)（上）、內(nèi)皮細(xì)胞成熟后環(huán)狀結(jié)構(gòu)（中） 大分子物質(zhì)的滲透試驗(yàn)（下）

在多種混合培養(yǎng)液的共同作用下，通過(guò)細(xì)胞功能表達(dá)標(biāo)志物的檢測(cè)，證明了與只含有表皮層和真皮層的皮膚模型相比，血管化的全層皮膚組織模型具有與實(shí)際皮膚更接近的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和完整功能，其細(xì)胞功能標(biāo)記物的表達(dá)更為充分。

研究人員目前正通過(guò)與其他皮膚相關(guān)的細(xì)胞，如黑素細(xì)胞、毛囊、汗腺等結(jié)合，進(jìn)一步接近原生人類皮膚的復(fù)雜性；也希望這個(gè)血管化的全層皮膚模型可以為病理研究提供正確的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：
B. S. Kim, G. Gao, J. Y. Kim, D.‐W. Cho. 3D Cell Printing of Perfusable Vascularized Human SkinEquivalent Composed of Epidermis, Dermis, and Hypodermisfor Better Structural Recapitulation of Native Skin[J]. Adv. Healthcare Mater,2018,1801019

供稿人:顧恒，連芩 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室