數(shù)字光處理打印藥理病理研究的皮膚損傷模型

供稿人：焦天、連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

來源：中國機械工程學(xué)會增材制造技術(shù)（3D打?。┓謺?br />
隨著生物3D打印技術(shù)的發(fā)展，越來越多的3D打印皮膚被開發(fā)出來用于創(chuàng)傷修復(fù)、藥理和病理測試等研究，然而，目前構(gòu)建的多層皮膚仍無法實現(xiàn)神經(jīng)血管系統(tǒng)的生理復(fù)合，極大地限制了3D打印皮膚的進一步應(yīng)用。

最近，韓國翰林大學(xué)Kyu Young Choi等人提出一種用于藥理和病理研究的皮膚創(chuàng)傷模型，并采用了高精度的數(shù)字光處理方法進行了皮膚創(chuàng)傷模型的制造。

該團隊首先進行了打印墨水的開發(fā)，制備了甲基丙烯酸絲素蛋白（Silk-GMA）和甲基丙烯酸絲素蛋白明膠（Gel-GMA），將兩種物質(zhì)混合制備了包含15%（w/v）Gel-GMA和5%（w/v）Silk-GMA的混合墨水（15G5S墨水），混合墨水打印的水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能和生物相容性，將該混合墨水混合光引發(fā)劑（LAP），在分別與角質(zhì)形成細胞（NHEK）、成纖維細胞（HDF）和人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVEC）混合制備了打印多層皮膚的生物墨水。然后打印了多層皮膚模型（圖1B上）和多層皮膚損傷模型（圖1B下）。最后通過對多層皮膚模型的體外培養(yǎng)實現(xiàn)了角質(zhì)細胞分化和血管的再生。進一步對多層皮膚損傷模型進行了藥理研究，施加表皮生長因子皮膚損傷模型表現(xiàn)出更快的愈合速度和血管再生效果。證明了制造的皮膚損傷模型具備神經(jīng)血管系統(tǒng)復(fù)合的效果，可以對生長因子的刺激做出明顯的響應(yīng)。

圖1 用于皮瓣再生的微流體3D打印動態(tài)響應(yīng)支架示意圖

采用Silk-GMA和Gel-GMA混合生物墨水制造的人造皮膚模型為細胞增殖和血管化提供了合適的3D環(huán)境，打印的人造皮膚表現(xiàn)出優(yōu)異的機械穩(wěn)定性和生長因子響應(yīng)能力，并且通過對DLP打印參數(shù)進行簡單的調(diào)整即可獲得不同厚度的皮膚模型，便于適應(yīng)不同的藥理、病理測試場景。該團隊提出的皮膚打印墨水和打印方法為未來在皮膚組織工程、藥物開發(fā)、化妝品測試和傷口愈合機制等方面提供了一個新的平臺。

參考文獻：
Choi K Y, Ajiteru O, Hong H, et al. A digital light processing 3D-printed artificial skin model and full-thickness wound models using silk fibroin bioink[J]. Acta Biomaterialia, 2023, 164:159-174.https://doi.org/10.1016/j.actbio.2023.04.034