清華大學(xué)徐韜教授課題組：自適應(yīng)多自由度原位皮膚打印

供稿人:焦天，連芩 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

大面積皮膚損傷如果不能得到及時(shí)有效的治療，往往會(huì)引發(fā)傷口感染和身體機(jī)能的紊亂，甚至造成休克和死亡。針對大面積皮膚損傷，自體皮膚移植往往無法找到合適的取皮部位，異體和異種皮膚移植往往存在免疫排斥和傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)，人造皮膚在功能和時(shí)效性仍無法滿足臨床的需求。原位3D打印皮膚（掃描皮膚缺損模型，根據(jù)模型在傷口直接打印皮膚）的出現(xiàn)為大面積皮膚損傷的快速有效治療提供了可能。但是目前原位3D打印皮膚在組織損傷識(shí)別和打印的精度，以及重建皮膚的功能（尤其是皮膚毛囊、汗腺等附屬器的重建）上仍與臨床需求存在較大差距。

最近清華大學(xué)徐韜教授課題組在原位皮膚打印方面有了突破性進(jìn)展。 該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一臺(tái)自適應(yīng)多自由度原位生物打印機(jī)，該機(jī)器人包括一個(gè)掃描系統(tǒng)、一個(gè)雙目視覺系統(tǒng)和一個(gè)六自由度機(jī)械手，打印機(jī)搭載了雙目相機(jī)可以快速精準(zhǔn)識(shí)別組織損傷，并進(jìn)一步構(gòu)建組織缺損模型，規(guī)劃打印路徑。 通過6自由度3D打印機(jī)完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)打印，并通過運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控打印參數(shù)并進(jìn)行誤差修正。 該團(tuán)隊(duì)開展了小鼠皮膚原位打印修復(fù)實(shí)驗(yàn)，首先將5×107/ml小鼠表皮干細(xì)胞、108/ml小鼠皮膚前體細(xì)胞和基質(zhì)膠混合制備了具備生物活性的皮膚打印墨水，然后通過打印機(jī)快速、精準(zhǔn)識(shí)別了小鼠皮膚損傷模型，最后通過6自由度3D打印機(jī)在傷口部位精準(zhǔn)的打印生物墨水構(gòu)建皮膚。 打印后對小鼠進(jìn)行了四周的飼養(yǎng)和評價(jià)。 結(jié)果表明打印的皮膚不僅形成了與人體皮膚類似的表皮、真皮分層結(jié)構(gòu)，而且重建皮膚的血管、毛囊和皮脂腺。

圖1 （a）自適應(yīng)多自由度原位修復(fù)皮膚示意圖

該研究通過將新型機(jī)器人與生物活性生物墨水相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可以快速、精準(zhǔn)的修復(fù)皮膚的缺損，重建皮膚的主要結(jié)構(gòu)和功能，為皮膚修復(fù)提供了一種有效的策略，并具有進(jìn)一步應(yīng)用的臨床轉(zhuǎn)化潛力。


參考文獻(xiàn)：

    趙 W，陳 H，張 Y，周 D，梁 L，劉 B，等。 用于毛囊皮膚修復(fù)的自適應(yīng)多自由度原位生物打印機(jī)器人：在小鼠中進(jìn)行的初步研究。 生物工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)。 2022.（https://doi.org/10.1002/btm2.10303）
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