模仿自體移植，首個將雙層皮膚直接“打印”在傷口的生物打印機

想象一下，在未來的某一天，一個裝滿病人自身細胞的生物打印機在患者床邊來回移動，通過“打印皮膚”幫助患者一層一層地愈合大面積的傷口或燒傷。這聽起來似乎有點科幻，但實際上我們離這一天并不遙遠。

    位于北卡羅來納州溫斯頓-塞勒姆的維克森林再生醫學研究所（WFIRM）的科學家們就發明了一種皮膚生物打印系統，利用人體自身的皮膚細胞來制造新的皮膚層，并將其直接涂在傷口上，以幫助修補通常需要皮膚移植的大面積傷口。

    這是同類產品中首個可以將雙層皮膚（角質形成細胞以及成纖維細胞）直接“印”在傷口上的生物打印機，這將利用生物打印機“打印皮膚層”來幫助治療慢性傷口或燒傷成為可能。

    雖然 3D 打印機的出現被普遍認為是制造業的一場革命，但同時它也可能給醫學帶來巨大的好處。而 3D 打印皮膚的想法也已經發展了好幾年，自2014 年第一臺原型機問世，它可以打印出大片人類皮膚，然后將其切割成合適的大小，移植到病人身上。如今，這項技術逐漸發展成為更精細的機器，最終成為一種手持設備，就像皮膚上的膠帶分配器。

圖|生物打印機在工作

    而 WFIRM 的科學家發明的這臺新機器看起來介于這兩者之間。它比手持設備大得多，但在醫院環境中仍然相對便攜。機器可以被推到床邊，病人可以躺在打印機噴嘴下，這為病人長時間接受治療時提供了良好的條件。

    和之前的 3D 打印皮膚設備一樣，新打印機使用的是由病人自身細胞組成的“墨水”，這可以將排斥反應的風險降到最低。

    在整個修復過程中，研究人員首先利用新型機器對健康的皮膚進行活檢，從中分離出兩種類型的皮膚細胞：幫助構建愈合傷口的結構纖維母細胞和皮膚最外層的角質形成細胞。然后將活組織檢查樣品增殖出更大量的細胞，機器并將其混合到水凝膠中以形成生物打印機的“墨水”，這就是修復傷口的“原材料”。

    而新型皮膚打印機與之前的不同之處在于：新機器不僅僅只是在傷口上涂抹新生的皮膚，而是首先利用 3D 激光掃描儀掃描患者的傷口，來構建傷口拓撲圖，再將數據輸入軟件，并告訴設備將打印的皮膚層放在哪里。利用該圖像，該裝置將生成的纖維母細胞填充最深部分，然后在傷口的上層構建角質形成細胞形成的組織。

圖|生物打印機的概念圖

    皮膚是人體最大的器官，它保護體內各種組織和器官免受各種外界刺激，是人體非常重要的天然屏障。而有些人在爆炸、車禍、火燒等災害中使皮膚受到創傷。糖尿病、靜脈潰瘍、壓瘡和燒傷等慢性創傷對患者和外科醫生來說也是一種負擔，這影響著美國 700 多萬患者，每年的治療支出高達 250 億美元。

    對于軍事人員來說，在常規戰爭中，燒傷占戰斗傷亡的 10% - 30%。想要對一些慢性、大面積或不能愈合的傷口進行治療是特別昂貴的，因為這些傷口往往需要多種治療。例如，治療一個糖尿病足潰瘍大約需要 5 萬美元。

    醫護人員治愈慢性創傷的方法有很多，例如使用傷口敷料就是其中一個，而且比較普遍，但其價格和效果各不相同。對于大面積的慢性傷口和燒傷，皮膚移植也是一種選擇，但皮膚移植分為自體移植和異體皮膚移植。

    研究人員指出，皮膚移植很常見，但也有很多缺點。自體移植是指從患者自身取部分皮膚移植到創傷處，但由于缺乏健康組織，自體移植很難實行，而異體皮膚移植有組織排斥的風險。新的生物打印技術將助于改善這些風險，因為它能讓皮膚從傷口中心向外生長，這個優勢只存在于自體移植。

    這種技術通過模仿皮膚細胞的自然結構，加速了傷口愈合的速度。研究人員利用小鼠模型證明了這種方法的有效性，并且他們觀察到新皮膚開始從傷口中心向外形成。最值得注意的一點是，這個新設備所使用的“墨水”材料是獨一無二的，是由病人本身的細胞培養繁殖而來，這就不需要供體皮膚移植，避免了移植排斥的情況發生，風險也更小。

    領導該研究小組的 James Yoo博士解釋說，新型生物皮膚打印可以使創口更快地開始愈合。他表示，其他的治療方法并不能像生物打印機這樣真正創造皮膚。

    研究人員表示，下一步需要進行人體臨床試驗。最終，這種新設備將可能幫助一些燒傷患者、糖尿病潰瘍患者和其他難以自行愈合的大面積傷口患者進行安全、快捷的治療。