通過 3D 打印脂肪組織改善和加快傷口愈合

2025年3月13日，南極熊獲悉，來自釜山國立大學(PNU)的研究人員開發(fā)出一種 3D 打印脂肪組織的方法，可以加速傷口愈合，為慢性損傷和燒傷患者提供潛在的緩解。

這項研究以題為“3D Bioprinting-Assisted TissueAssembly of Endocrine Adipose Units for Enhanced Skin Regeneration”的論文發(fā)表在《先進功能材料》雜志上，研究了人造脂肪組織如何通過模仿脂肪細胞的自然特性來支持皮膚再生。提到脂肪，人們首先想到的是它只是身體儲存的東西，但這并不是全部。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202419680

脂肪還會釋放信號分子，幫助修復(fù)組織，最終成為身體恢復(fù)過程的重要組成部分。但在實驗室中復(fù)制脂肪組織一直很困難，因為傳統(tǒng)方法往往無法保持脂肪細胞正常運作。

其中一個原因是，前脂肪細胞（最終會變成脂肪的細胞）往往會擴散，而不是形成有效工作所需的脂質(zhì)滴。為了解決這個問題，助理教授 Byoung Soo Kim 領(lǐng)導的團隊創(chuàng)​​造了一種專門的生物墨水，為脂肪細胞提供了合適的發(fā)育和功能環(huán)境。

△脂肪組織 3D 生物打印的條件包括使用脂肪衍生的脫細胞細胞外基質(zhì)和藻酸鹽作為混合墨水。圖片來自PNU。

構(gòu)建生物打印脂肪以實現(xiàn)穩(wěn)定性和功能

這種生物墨水由 1% 脂肪衍生的細胞外基質(zhì)和 0.5% 藻酸鹽混合而成，有助于防止細胞過度遷移，同時促進它們成熟為完全形成的脂肪細胞。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，要讓這些工程脂肪細胞正常工作，它們的直徑必須小于 600 微米，這樣它們才能獲得足夠的氧氣和營養(yǎng)。他們還發(fā)現(xiàn)，將脂肪單元之間的距離保持在 1000 微米以內(nèi)，可以通過旁分泌信號促進更好的脂肪形成，細胞通過釋放信號分子進行交流。

為了測試這種方法在實驗室外是否有效，研究團隊將他們設(shè)計的脂肪組織與真皮模塊結(jié)合起來，制成了一種功能性皮膚替代品，然后將植入有皮膚傷口的小鼠體內(nèi)。結(jié)果令人鼓舞。

用生物打印組織治療的傷口愈合更快，皮膚再生更好，組織重塑改善，血管生長增加。實驗室測試還表明，組織影響了與皮膚細胞遷移有關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，例如 MMP2、COL1A1、KRT5 和 ITGB1，這有助于加快愈合過程。

論文主要作者 Jae-Seong Lee 指出，傳統(tǒng)的脂肪移植手術(shù)通常存在存活率低的問題，這意味著移植的脂肪細胞并不總是能存活下來。“我們的混合生物墨水可以增強內(nèi)分泌功能和細胞活力”，有可能克服這些限制�！笔蛊涑蔀楝F(xiàn)有治療方法的潛在替代方案。

研究團隊表示，糖尿病足潰瘍、褥瘡和燒傷等慢性傷口的治療難度極大，傳統(tǒng)療法往往無法治愈。這項研究通過解決脂肪移植的難題和提高細胞活力，提出了一種可能的替代方案。

患有糖尿病的患者（他們的足部潰瘍和相關(guān)并發(fā)癥的風險較高）和需要大面積皮膚移植的燒傷患者尤其可以從這種方法中受益。

生物打印在皮膚再生中的作用

生物打印皮膚的發(fā)展勢頭強勁，研究人員正在探索在醫(yī)療應(yīng)用方面的潛力。這些工程皮膚模型可用于研究疾病、評估新療法以及研究中新的動物試驗替代方案。

△T&RBiofab 已部署3D 打印技術(shù)來為一系列外科手術(shù)制造植入物。圖片來自 Biofab。

例如，NOVOPLASM聯(lián)盟此前曾開發(fā)出冷等離子技術(shù)，用于治療燒傷和皮膚移植感染。同樣，伯明翰大學和哈德斯菲爾德大學的科學家一直在開發(fā) SLAM 3D 生物打印技術(shù)，作為治療慢性傷口的潛在方法。

此外，太空研究人員也在研究 3D 打印皮膚在微重力環(huán)境下如何發(fā)揮作用。2022 年，國際空間站(ISS) 上的宇航員成功利用自己的細胞制作了生物打印繃帶，這可以為長期太空任務(wù)期間的傷害治療提供一種新方法。

康奈爾大學的一個研究小組設(shè)計了一種生物材料，它與天然人體皮膚的特性非常相似。這種生物混合復(fù)合材料由膠原蛋白和“兩性離子”水凝膠結(jié)合而成，具有更好的柔韌性、生物相容性和柔軟度，成為未來再生治療的有前途的材料。