生物3D打印人工皮肤有哪些应用？

2018-08-13

3D打印技术与生命科学相结合为创建人工器官、组织打开了一扇门，而创建人工皮肤是这些学科所探索的其中一个应用方向。3D打印的人工皮肤或将改变烧伤患者的皮肤修复治疗方式与化妆品研发过程中所需的测试方式。

替代移植，修复严重受损皮肤

目前，为了治疗烧伤患者，需要从患者身移植部分健康皮肤，但这会导致使患者身上产生更多的伤口，特别是在治疗大面积烧伤的患者时，这种方式带有一定弊端。而通过生物3D打印制造的人工皮肤有望替代人体皮肤移植，以人工皮肤进行烧伤皮肤的修复。

多伦多大学生物医学和机械工程研究生团队就开展了生物3D打印人工皮肤的研究，通过他们的研究，我们可以大致了解到3D打印人工皮肤的制造过程和原理。

多伦多大学的团队研发了一种生物3D打印机，该3D打印设备能够在一段相对短的时间内大量生成可移植的人工皮肤。通过这台3D打印机，可以挤出一种被称为“活绷带”的水凝胶材料，该材料是由生物聚合物、人角质形成细胞（一种皮肤细胞）和成纤维细胞（即在伤口愈合中起关键作用的蜂窝结构体）混合而成的。

在挤出过程中，水凝胶材料被打印成离散和清晰的蜂窝结构体，以模仿人体皮肤。这种人工皮肤组织的应用方向是覆盖在人体烧伤的皮肤创面上，促进烧伤皮肤修复。

生物3D打印技术能够模仿人类皮肤组织结构，创建出具有不同层的人工皮肤结构，即用于保护内部组织的表皮结构，更厚更深的真皮层， 以及由成纤维细胞产生的胶原蛋白构成的具有弹性和机械强度的结构。

但是通过生物3D打印技术和带有人体细胞的活性材料制造的人工皮肤，看起来并不像真正的皮肤，与人体真正的皮肤相比，这些皮肤组织并不具有毛囊或色素沉着。

为解决这些问题，新加坡制造技术研究所（SIMTech）的研究人员和科学家以及南洋理工大学3D打印中心（SC3DP）开发了一种3D打印制作的着色皮肤。

他们使用生物3D打印来实现均匀的皮肤色素沉着。对于用于人工皮肤制造技术来说，这项研究成果可能将是一个很大的进步，因为这项技术能够制造出与人体具有匹配肤色的人工皮肤，这将促进人工皮肤技术在医疗中的应用。

替代动物，进行化妆品测试

生物3D打印的人工皮肤组织可以替代动物，用于化妆品的测试。目前这项技术已经进入了商业化阶段。

根据3D科学谷的市场观察，生物3D打印公司Organovo与欧莱雅（美国）已在合作推进3D打印皮肤在化妆品实验中的应用，中国的化妆品企业伽蓝集团推出了用于测试的3D打印亚洲人皮肤组织，台湾工业研究院在3D打印人工皮肤领域也取得了进展。

其中，台湾工业研究院开发的人工皮肤是针对中国人的皮肤特性开发的，其3D打印皮肤组织EPiTRI，可以帮助化妆品制造商开展与OECD431和OECD439等国际法规和测试指南保持一致的材料和配方开发。EPiTRI 已在实验室中进行了严格的测试，可用于化妆品成分的体外实验。

从20世纪50年代起，动物实验开始被美妆制造企业所采用，人们通过动物来测试美妆用品的安全性。近年来，随着动物福利观念与替代性实验科技的发展，在美妆领域已经逐渐取消动物实验。越来越多的人也开始认同人类的美丽不需要以动物的痛苦为代价，并支持反动物实验。目前，英国、欧盟、新西兰等多个国家和地区已经禁止了美妆品领域的动物实验。

虽然在部分国家和地区，美妆用品已不再需要动物实验，但是美妆制造商仍有必要开展确保产品安全性的替代性实验。生物3D打印的人工皮肤组织成为一种新兴的替代性实验方式。

3D打印皮肤组织具有与人体皮肤类似的结构，包括角质层、颗粒层、棘细胞层和基底层，人工皮肤脂质分析和屏障功能与人体皮肤匹配，这些是人工皮肤能够作为皮肤刺激实验和评估以及表皮腐蚀评估模型的基础。