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模仿自體移植，首個(gè)將雙層皮膚直接“打印”在傷口的生物打印機(jī)
想象一下，在未來的某一天，一個(gè)裝滿病人自身細(xì)胞的生物打印機(jī)在患者床邊來回移動(dòng)，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(diǎn)科幻，但實(shí)際上我們離這一天并不遙遠(yuǎn)。
位于北卡羅來納州溫斯頓-塞勒姆的維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）的科學(xué)家們就發(fā)明了一種皮膚生物打印系統(tǒng)，利用人體自身的皮膚細(xì)胞來制造新的皮膚層，并將其直接涂在傷口上，以幫助修補(bǔ)通常需要皮膚移植的大面積傷口。
這是同類產(chǎn)品中首個(gè)可以將雙層皮膚（角質(zhì)形成細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞）直接“印”在傷口上的生物打印機(jī)，這將利用生物打印機(jī)“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(jī)的出現(xiàn)被普遍認(rèn)為是制造業(yè)的一場(chǎng)革命，但同時(shí)它也可能給醫(yī)學(xué)帶來巨大的好處。而 3D 打印皮膚的想法也已經(jīng)發(fā)展了好幾年，自2014 年第一臺(tái)原型機(jī)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(xiàng)技術(shù)逐漸發(fā)展成為更精細(xì)的機(jī)器，最終成為一種手持設(shè)備，就像皮膚上的膠帶分配器。
圖|生物打印機(jī)在工作
而 WFIRM 的科學(xué)家發(fā)明的這臺(tái)新機(jī)器看起來介于這兩者之間。它比手持設(shè)備大得多，但在醫(yī)院環(huán)境中仍然相對(duì)便攜。機(jī)器可以被推到床邊，病人可以躺在打印機(jī)噴嘴下，這為病人長時(shí)間接受治療時(shí)提供了良好的條件。
和之前的 3D 打印皮膚設(shè)備一樣，新打印機(jī)使用的是由病人自身細(xì)胞組成的“墨水”，這可以將排斥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
在整個(gè)修復(fù)過程中，研究人員首先利用新型機(jī)器對(duì)健康的皮膚進(jìn)行活檢，從中分離出兩種類型的皮膚細(xì)胞：幫助構(gòu)建愈合傷口的結(jié)構(gòu)纖維母細(xì)胞和皮膚最外層的角質(zhì)形成細(xì)胞。然后將活組織檢查樣品增殖出更大量的細(xì)胞，機(jī)器并將其混合到水凝膠中以形成生物打印機(jī)的“墨水”，這就是修復(fù)傷口的“原材料”。
而新型皮膚打印機(jī)與之前的不同之處在于：新機(jī)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(gòu)建傷口拓?fù)鋱D，再將數(shù)據(jù)輸入軟件，并告訴設(shè)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(xì)胞填充最深部分，然后在傷口的上層構(gòu)建角質(zhì)形成細(xì)胞形成的組織。
圖|生物打印機(jī)的概念圖
皮膚是人體最大的器官，它保護(hù)體內(nèi)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(zāi)害中使皮膚受到創(chuàng)傷。糖尿病、靜脈潰瘍、壓瘡和燒傷等慢性創(chuàng)傷對(duì)患者和外科醫(yī)生來說也是一種負(fù)擔(dān)，這影響著美國 700 多萬患者，每年的治療支出高達(dá) 250 億美元。
對(duì)于軍事人員來說，在常規(guī)戰(zhàn)爭(zhēng)中，燒傷占戰(zhàn)斗傷亡的 10% - 30%。想要對(duì)一些慢性、大面積或不能愈合的傷口進(jìn)行治療是特別昂貴的，因?yàn)檫@些傷口往往需要多種治療。例如，治療一個(gè)糖尿病足潰瘍大約需要 5 萬美元。
醫(yī)護(hù)人員治愈慢性創(chuàng)傷的方法有很多，例如使用傷口敷料就是其中一個(gè)，而且比較普遍，但其價(jià)格和效果各不相同。對(duì)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(diǎn)。自體移植是指從患者自身取部分皮膚移植到創(chuàng)傷處，但由于缺乏健康組織，自體移植很難實(shí)行，而異體皮膚移植有組織排斥的風(fēng)險(xiǎn)。新的生物打印技術(shù)將助于改善這些風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗茏屍つw從傷口中心向外生長，這個(gè)優(yōu)勢(shì)只存在于自體移植。
這種技術(shù)通過模仿皮膚細(xì)胞的自然結(jié)構(gòu)，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(diǎn)是，這個(gè)新設(shè)備所使用的“墨水”材料是獨(dú)一無二的，是由病人本身的細(xì)胞培養(yǎng)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(fā)生，風(fēng)險(xiǎn)也更小。
領(lǐng)導(dǎo)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(chuàng)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(jī)這樣真正創(chuàng)造皮膚。
研究人員表示，下一步需要進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)。最終，這種新設(shè)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(jìn)行安全、快捷的治療。