圖:Rensselaer

美國壬色列理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute)研究人員研發出利用 3D 列印製作帶有血管的人造皮膚技術。這個研究有助於製造出更像人體皮膚的移植物。

先前技術缺陷

領導該研究的邦凱·卡蘭德教授(Pankaj Karande)表示:「目前皮膚移植的臨床聊上,充其量就像是 OK 蹦一樣。它們能加速傷口的癒合,但最終會脫落,而不會與患者的皮膚細胞結合在一起。」

無法與患者細胞結合的主要障礙是,移植用的人造皮膚中缺少能運作的血管系統。卡蘭德教授花了多年來研究這個問題,他曾經在 2013 年發表過相關研究的論文。在該研究中,研究人員發現可以將兩種人類活體細胞製作成「生物墨水」(bio-ink),並將其列印成類似皮膚的結構。自從那時開始,卡蘭德教授與他的團隊就一直與耶魯醫學院(Yale School of Medicine)的研究人員合作開發血管系統(vasculature)。

與患者血管連結

此研究中,研究人員表示,若他們加入關鍵原料:包括排列在血管內部的人類內皮細胞(endothelial cells)、以及包覆在內皮細胞周圍的周細胞(pericyte cells),與動物膠原蛋白及其他出現於移植皮膚的結構細胞時,細胞彼此之間會開始運作,並在幾周之內形成生物相關的血管結構。

卡蘭德教授表示:「作為致力於重建生物學結構的工程師,我們了解生物系統遠比實驗室的簡單系統更為複雜。而我們驚訝地發現,當我們開始趨近這種複雜度時,生物就會開始接管,並逐漸形成自然界的生物結構。」

耶魯研究團隊將上述帶有血管的人造皮膚移植到老鼠身上,人造皮膚上的血管就開始運作,並與老鼠身上的血管進行連結。卡蘭德教授表示:「此結果非常重要,因為我們知道有血液及營養成分輸入至人造皮膚,讓人造皮膚得以生存。」

為了讓該研究能使用於臨床上,研究人員必須能使用例如 CRISPR 的技術來編輯捐贈者細胞,以使得血管能與病患的身體整合而不會產生排斥作用。卡蘭德教授表示:「雖然我們仍未到那個階段,但我們已經更接近了。」

未來應用

壬色列理工學院生醫工程系系主任狄帕克·瓦希斯(Deepak Vashishth)表示:「這個重大進展凸顯了 3D 生物列印應用於精密醫學領域的巨大潛力,可以應用於特定的情況,甚至最終針對個人訂製解決方案。此研究是壬色列理工學院的工程師如何解決關於人類健康問題的完美實例。」

卡蘭德教授表示,仍需要進行更多的研究來解決與燒燙傷患者有關的挑戰,這些患者喪失神經及血管的末端。但是這種人造皮膚,讓許多需進行植皮的病患有機會被治癒,包含糖尿病或有褥瘡的患者。卡蘭德教授表示:「對那些病人來說,我們的人造皮膚會是完美的,因為褥瘡通常會出現在身體的特定部位上,並且可以用較小的皮膚塊來解決。此外,糖尿病患的傷口癒合較緩慢,這種人造皮膚也能加速復原的過程。」

參考資料:

  1. Hamilton, R., (2019, November 1). Living Skin Can Now be 3D-Printed with Blood Vessels Included. Rensselaer
  2. Baltazar, T., (2019, November 1). 3D bioprinting of a vascularized and perfusable skin graft using human keratinocytes, (…). Tissue Engineering Part A. doi.org/10.1089/ten.TEA.2019.0201
  3. Lee, V., (2013, December 31). Design and Fabrication of Human Skin by Three-Dimensional Bioprinting. Tissue Engineering Part C. doi.org/10.1089/ten.tec.2013.0335
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