研究人员现在能够打印活体组织。该技术有望在数小时内创造出可供植入的定制皮肤组织。对于那些从严重烧伤、慢性伤口或大手术中恢复的人来说，这项技术可能会改变他们的生活——永久性疤痕会导致毁容和疼痛，NHS 每年的临床管理费用为 830 万英镑。
虽然传统的纱布、泡沫和水胶体敷料可以很好地预防感染和保持水分，但它们不能提供主动的愈合帮助。对于较深的伤口，侵入性皮肤移植通常会很痛苦，并且有失败或感染的风险。再生医学提出了一个不同的问题：我们可以不修补皮肤，而是完全再生它吗？
“不匹配的支架可能会破坏愈合，甚至引发排斥反应”
最初，这个想法似乎很简单：用支撑空腔的支架替换缺失的组织，以控制组织再生。这些网络旨在模仿细胞外基质——所有细胞和器官之间存在的水、蛋白质和多糖的胶原蛋白框架。但不匹配的支架可能会破坏愈合，甚至引发排斥反应。这就是 3D 打印发挥作用的地方，它可以构建低至人类头发丝分辨率的多孔结构。
首先，进行扫描以生成空腔的数字模型，捕获几何形状、纹理和颜色。接下来，选择支架材料。研究测试了一系列生物聚合物，例如胶原蛋白、透明质酸、从甲壳类动物外骨骼中提取的甲壳素、明胶、弹性蛋白和丝素蛋白。
虽然这些天然聚合物看起来更像生物环境，但通常会添加聚乳酸、聚己内酯和聚氨酯等合成材料，以提供刚性和降低成本。然后我们需要组织特异性细胞、生长因子和酶的汤。抗生素等药物也可以作为混合物或涂层混合在一起，随着组织重塑而缓慢释放。
3D 打印是一种增材工艺，这意味着零件是通过添加而不是减少材料来制造的。最流行的类型是基于挤出的，它将液体长丝沉积在离散的“切片”中。组织工程诞生于 20 世纪 70 年代工程学、材料科学和生物学的融合，它用生物墨水（支架、细胞、生长因子、酶和药物的配制悬浮液）取代了传统的细丝。
“一层一层地，先是皮下组织，真皮，最后是表皮成型”
这种生物墨水通过宽度不足半毫米（相当于人类指甲厚度）的喷嘴装载并挤出。一层一层地，首先是皮下组织，真皮，最后是表皮，可能布满了毛囊和汗腺。几个小时之内，定制的植皮就可以顺利完成。此后，可能需要额外的化学、紫外线或熟化阶段来硬化结构。最后一步是将其固定在伤口上，用敷料包裹浅表损伤，或在损伤更深的地方缝合。
如今这项技术处于什么位置？研究人员已经成功地 3D 打印简单的组织，例如膝盖半月板，并复制多层皮肤。但完善这种生物汤完全是另一回事。每种成分——支架、细胞、生长因子、酶和治疗分子——都必须以精确的数量和位置组织起来。将我们的汤变成一个能够感知触觉、温度和疼痛的活器官仍然是一个挑战。
现在，组织工程师正在开发更智能的生物墨水，改善血管化，并寻找适应刺激的伤口敷料。与此同时，化妆品行业正在加速对3D生物打印的投资。为了寻求更合乎道德和更准确的动物测试替代方案，欧莱雅与俄勒冈大学于 2024 年合作，成功制作了生物老化的全层皮肤模型，并且正在进行进一步的工作来调整和个性化这些模型。
动物试验的良好结果已将 3D 生物打印推入临床测试阶段，但任何生物医学设备获得监管部门的批准都是一个漫长的过程。每一次突破都让打印机从实验室走向诊所。也许有一天，打印皮肤将像选择一件衬衫一样简单：一件合身、颜色相配、材质恰到好处的衬衫。
