通過 3D 打印脂肪組織改善和加快傷口愈合

2025年3月13日，南極熊獲悉，來自釜山國立大學(xué)(PNU)的研究人員開發(fā)出一種 3D 打印脂肪組織的方法，可以加速傷口愈合，為慢性損傷和燒傷患者提供潛在的緩解。

這項(xiàng)研究以題為“3D Bioprinting-Assisted TissueAssembly of Endocrine Adipose Units for Enhanced Skin Regeneration”的論文發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》雜志上，研究了人造脂肪組織如何通過模仿脂肪細(xì)胞的自然特性來支持皮膚再生。提到脂肪，人們首先想到的是它只是身體儲存的東西，但這并不是全部。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202419680

脂肪還會(huì)釋放信號分子，幫助修復(fù)組織，最終成為身體恢復(fù)過程的重要組成部分。但在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制脂肪組織一直很困難，因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法往往無法保持脂肪細(xì)胞正常運(yùn)作。

其中一個(gè)原因是，前脂肪細(xì)胞（最終會(huì)變成脂肪的細(xì)胞）往往會(huì)擴(kuò)散，而不是形成有效工作所需的脂質(zhì)滴。為了解決這個(gè)問題，助理教授 Byoung Soo Kim 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)​​造了一種專門的生物墨水，為脂肪細(xì)胞提供了合適的發(fā)育和功能環(huán)境。

△脂肪組織 3D 生物打印的條件包括使用脂肪衍生的脫細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)和藻酸鹽作為混合墨水。圖片來自PNU。

構(gòu)建生物打印脂肪以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和功能

這種生物墨水由 1% 脂肪衍生的細(xì)胞外基質(zhì)和 0.5% 藻酸鹽混合而成，有助于防止細(xì)胞過度遷移，同時(shí)促進(jìn)它們成熟為完全形成的脂肪細(xì)胞。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，要讓這些工程脂肪細(xì)胞正常工作，它們的直徑必須小于 600 微米，這樣它們才能獲得足夠的氧氣和營養(yǎng)。他們還發(fā)現(xiàn)，將脂肪單元之間的距離保持在 1000 微米以內(nèi)，可以通過旁分泌信號促進(jìn)更好的脂肪形成，細(xì)胞通過釋放信號分子進(jìn)行交流。

為了測試這種方法在實(shí)驗(yàn)室外是否有效，研究團(tuán)隊(duì)將他們設(shè)計(jì)的脂肪組織與真皮模塊結(jié)合起來，制成了一種功能性皮膚替代品，然后將植入有皮膚傷口的小鼠體內(nèi)。結(jié)果令人鼓舞。

用生物打印組織治療的傷口愈合更快，皮膚再生更好，組織重塑改善，血管生長增加。實(shí)驗(yàn)室測試還表明，組織影響了與皮膚細(xì)胞遷移有關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，例如 MMP2、COL1A1、KRT5 和 ITGB1，這有助于加快愈合過程。

論文主要作者 Jae-Seong Lee 指出，傳統(tǒng)的脂肪移植手術(shù)通常存在存活率低的問題，這意味著移植的脂肪細(xì)胞并不總是能存活下來?！拔覀兊幕旌仙锬梢栽鰪?qiáng)內(nèi)分泌功能和細(xì)胞活力”，有可能克服這些限制?！笔蛊涑蔀楝F(xiàn)有治療方法的潛在替代方案。

研究團(tuán)隊(duì)表示，糖尿病足潰瘍、褥瘡和燒傷等慢性傷口的治療難度極大，傳統(tǒng)療法往往無法治愈。這項(xiàng)研究通過解決脂肪移植的難題和提高細(xì)胞活力，提出了一種可能的替代方案。

患有糖尿病的患者（他們的足部潰瘍和相關(guān)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)較高）和需要大面積皮膚移植的燒傷患者尤其可以從這種方法中受益。

生物打印在皮膚再生中的作用

生物打印皮膚的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，研究人員正在探索在醫(yī)療應(yīng)用方面的潛力。這些工程皮膚模型可用于研究疾病、評估新療法以及研究中新的動(dòng)物試驗(yàn)替代方案。

△T&RBiofab 已部署3D 打印技術(shù)來為一系列外科手術(shù)制造植入物。圖片來自 Biofab。

例如，NOVOPLASM聯(lián)盟此前曾開發(fā)出冷等離子技術(shù)，用于治療燒傷和皮膚移植感染。同樣，伯明翰大學(xué)和哈德斯菲爾德大學(xué)的科學(xué)家一直在開發(fā) SLAM 3D 生物打印技術(shù)，作為治療慢性傷口的潛在方法。

此外，太空研究人員也在研究 3D 打印皮膚在微重力環(huán)境下如何發(fā)揮作用。2022 年，國際空間站(ISS) 上的宇航員成功利用自己的細(xì)胞制作了生物打印繃帶，這可以為長期太空任務(wù)期間的傷害治療提供一種新方法。

康奈爾大學(xué)的一個(gè)研究小組設(shè)計(jì)了一種生物材料，它與天然人體皮膚的特性非常相似。這種生物混合復(fù)合材料由膠原蛋白和“兩性離子”水凝膠結(jié)合而成，具有更好的柔韌性、生物相容性和柔軟度，成為未來再生治療的有前途的材料。