用于人體皮膚微生物組采樣的3D打印經表皮微探針陣列

導讀：目前，皮膚微生物組取樣是通過棉簽和膠帶條等工具來收集皮膚表面的微生物。這些傳統(tǒng)方法可能無法檢測到表皮深處或表皮內陷的微生物。為此有研究者提出了可以深度取樣的工具，即經表皮微注射陣列（MPA），它可以從表皮表面和更深的皮膚層捕捉微生物。


2022年7月，南極熊獲悉，來自新加坡的研究者們利用3D打印的快速可定制性，對人類皮膚采樣的MPA進行系統(tǒng)優(yōu)化，他們的研究成果已經發(fā)表在了《美國科學院院報》上，題目為《A 3D-printed transepidermal microprojection array for human skin microbiome sampling》（《用于人類皮膚微生物組采樣的3D打印經表皮微注射陣列》）。


△3D打印的經表皮MPA的設計和制造以及人類頭皮微生物組采樣的工作流程

為了評估MPA的各種物理屬性對微生物提取的影響，研究人員制作了具有不同陣列尺寸、密度和幾何形狀的定制MPA。由于這些MPA包含高度復雜的微觀結構，他們選擇了數字光處理（DLP）技術，這是一種能夠快速、準確和高分辨率打印的3D打印技術。研究人員選擇了螺絲釘、帽狀物和圓錐型進行打印。結果表明，圓錐型的微投影幾何形狀對微生物的提取功效最為有效。


△MPA的大小、密度和幾何形狀對豬體外皮膚模型中微生物提取的影響

除了微注射的大小、密度和幾何形狀外，穿透深度也是一個重要的考慮因素。雖然較長的微注射有利于提取深層微生物--包括SC、皮脂腺和毛囊，可以延伸到亞毫米的深度，但它們會使受試者感到不適并有更高的血管穿刺風險。所以需要在不適感和更深的皮膚區(qū)域的微生物采樣之間取得平衡，考慮到1.2和1.5毫米高度的MPA具有相似的微生物提取功效，1.5mm MPA的使用者具有更高的不適和受傷風險，因此研究人員選擇了1.2mm的MPA對人類志愿者進行后續(xù)研究。



對人體頭皮的采樣效果評估顯示，優(yōu)化后的MPA在靈敏度上與棉簽相當，優(yōu)于膠帶條，尤其是對非標準的皮膚表面。從物種多樣性的差異方面進行分析，MPA比其他方法更容易檢測到臨床相關的真菌。這項工作為復雜的皮膚微生物組取樣領域提供了一個工具，有可能解決我們對其在健康和疾病中的作用的理解上的差距。

總結
此文報告了一種由3D打印制作的MPA，它是為了解決現有皮膚微生物組采樣方法的局限性而開發(fā)的，具有極強的在皮膚微生物組采樣方面的實用性，是對拭子和帶狀采樣方法的補充。選擇3D打印來制造MPA是因為它可以根據計算機的可定制設計快速生成原型。與用于制造MPA的傳統(tǒng)微成型和注射成型技術不同，3D打印在通過計算機輔助設計（CAD）軟件實現MPA設計參數方面提供了更大的通用性和自由性，不需要模具模板。此外，使用3D打印可以相當容易地實現復雜的MPA設計的制造，否則通過微注塑成型是很難產生的。