像手套一样贴合的生物工程皮肤移植

如果你曾经尝试过包装一个形状奇怪的礼物，比如泰迪熊，你就会明白外科医生在将人造皮肤移植到受伤的身体部位时面临的挑战。和包装纸一样，人造皮肤是扁平的，要把它缝合在形状不规则的身体部位周围，既困难又耗时。

哥伦比亚大学的生物工程师们似乎已经解决了这个问题，他们发明了一种方法，可以将工程皮肤培育成复杂的三维形状，例如，可以构建一个无缝的皮肤细胞“手套”，可以很容易地套在严重烧伤的手上。

研究人员在1月27日发表的一篇论文中报告了他们的发现科学的进步。

“可以作为‘生物服装’移植的三维皮肤结构有很多优点，”首席开发人员哈桑·埃尔比勒·阿巴奇博士说，他是哥伦比亚大学瓦格洛斯内科和外科医生学院的皮肤病学助理教授。“它们将极大地减少缝合的需要，缩短手术时间，并改善美学效果。”

目前的研究还表明，连续的3D移植物比传统的拼凑移植物具有更好的机械和功能性能。

三维支架

创造新事物的过程皮肤移植首先是对目标结构进行3D激光扫描，比如人手。接下来，利用计算机辅助设计和3D打印技术制作出一个空心的、可渗透的手部模型。然后在模型的外部植入皮肤成纤维细胞，生成皮肤的结缔组织和胶原蛋白(一种结构蛋白)。最后，霉菌的外面覆盖着角质形成细胞(构成大部分外层皮肤或表皮的细胞)的混合物，内部充满生长介质，支持和滋养发育贪污。

除了3D支架外，研究人员采用了与制作扁平工程皮肤相同的程序，整个过程花费了相同的时间，大约三周。

在3D工程皮肤的第一次测试中，由人类皮肤细胞成功移植到小鼠后肢。“这就像给老鼠穿上一条短裤，”Abaci说，“整个手术大约花了10分钟。”四周后，移植物与周围小鼠皮肤完全融合，小鼠重新获得肢体的全部功能。

老鼠皮肤的愈合方式与人类皮肤不同，因此研究人员下一步计划在皮肤生物学与人类皮肤更接近的大型动物身上测试移植物。人体临床试验可能还需要数年时间。

再造工程皮肤

3D移植是自20世纪80年代初首次引入以来，对工程皮肤移植的第一次重大重新设计。“工程皮肤一开始只有两个细胞类型但人类皮肤大约有50种细胞。大多数研究都专注于模仿人类皮肤的细胞成分，”Abaci说。

“作为一名生物工程师，皮肤的几何形状被忽视了，移植的皮肤具有开放的边界或边缘，这一直困扰着我。我们从生物工程中了解到，其他器官的几何形状是影响功能的重要因素。”

Abaci和他的团队意识到，当3D打印机可用时，他们可以制作更逼真的移植物，并可以创建制造工程皮肤所需的三维支架。

Abaci说:“我们假设3D全封闭的皮肤会更接近我们的自然皮肤，在机械上更强壮，这就是我们的发现。”“只要保持人体皮肤的连续几何形状，就能显著改善移植物的成分、结构和强度。”

在未来，Abaci设想移植可以由病人自己的细胞定制。只需4X4毫米的皮肤样本，就可以培养和繁殖足够多的细胞，以创造足够覆盖人手的皮肤。

“另一个引人注目的用途是面部移植，我们的可穿戴设备皮肤将与软骨、肌肉和骨骼等底层组织结合，为患者提供个性化的尸体移植替代方案，”Abaci说。