多倫多大學(xué)（UoT）和森尼布魯克健康科學(xué)中心的研究人員開(kāi)發(fā)了一種手持設(shè)備，該設(shè)備能夠生物3D打印可以治愈傷口的皮膚。該設(shè)備被描述為“手持式3D打印機(jī)”，可以沉積覆蓋傷口的生物墨水形成的材料片，有助于加速皮膚的愈合過(guò)程。它被設(shè)計(jì)為原位解決方案，以幫助加速嚴(yán)重大面積燒傷患者的傷口愈合過(guò)程。
手持式生物3D打印機(jī)。通過(guò)UoT拍攝。
3D打印皮膚
手持設(shè)備背后的項(xiàng)目由理查德·鄭（IBBME博士研究生）領(lǐng)導(dǎo)，在Axel Guenther教授（MIE）的監(jiān)督下，與Ross Tilley Burn中心主任Marc Jeschke博士及其團(tuán)隊(duì)密切合作。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)，2018年估計(jì)有18萬(wàn)人死于燒傷，其中絕大部分發(fā)生在中低收入國(guó)家。手持式3D生物打印設(shè)備的首個(gè)原型于2018年首次亮相。“當(dāng)時(shí)，大多數(shù)3D生物打印機(jī)體積大，工作速度低，價(jià)格昂貴并且與臨床應(yīng)用不兼容?！盇xel Guenther博士評(píng)論道。
兩年前開(kāi)發(fā)的原型與研究人員在其論文中介紹的更新設(shè)備之間的區(qū)別在于，沉積的生物材料實(shí)際上可以治愈傷口：“以前，我們證明了我們可以將細(xì)胞沉積在燒傷上，但是在那里沒(méi)有任何證據(jù)表明有任何傷口愈合的好處-現(xiàn)在我們已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。” Guenther解釋說(shuō)。3D打印在開(kāi)發(fā)醫(yī)療皮膚治療和傷口護(hù)理的創(chuàng)新解決方案中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。例如，2018年，國(guó)有非營(yíng)利性研究與開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)芬蘭VTT技術(shù)中心的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了可治愈和監(jiān)測(cè)皮膚傷口的納米結(jié)構(gòu)纖維素3D可打印智能敷料和3D打印電路板。
手持式3D生物打印機(jī)將皮膚細(xì)胞沉積到基材上
手持式生物3D打印機(jī)
研究人員解釋說(shuō)，當(dāng)前的燒傷護(hù)理方法（自體皮膚移植）在嘗試治愈大面積全身燒傷時(shí)無(wú)效。自體皮膚移植是一種將健康皮膚從身體其他部位移植到傷口上的方法，無(wú)法提供足夠的健康皮膚來(lái)治愈全層灼傷。這些嚴(yán)重的燒傷的特征是破壞了皮膚的最外層和最內(nèi)層，常常覆蓋了人體的很大一部分。研究人員在論文中解釋說(shuō)：“當(dāng)前的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)包括從傷口上去除受損的組織，然后將自體皮膚移植物與使用皮膚刀直接從患者自身皮膚中獲得的組織一起應(yīng)用。但是，大面積燒傷通常會(huì)留下不足以供采摘的健康皮膚，這在嚴(yán)重受傷的情況下就無(wú)法應(yīng)用?！?br style="color:#333333;font-family:"microsoft yahei", "lucida grande", "lucida sans unicode", Helvetica, Arial, Verdana, sans-serif;" /> 手持式3D打印機(jī)通過(guò)使用滾輪來(lái)分配均勻的生物材料薄片，該薄片由間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC）生物墨水組成。 MSC是干細(xì)胞，根據(jù)其環(huán)境分化為專門(mén)的細(xì)胞類型。因此，在這種情況下，MSC bioink可促進(jìn)皮膚再生并減少疤痕。
左起：Axel Guenther教授（MIE）和博士候選人Richard Cheng（IBBME）。攝影：Daria Perevezentsev / UoT。
為了解決自體皮膚移植在治療大面積燒傷創(chuàng)面中的局限性，研究人員開(kāi)發(fā)了手持式3D生物打印機(jī)，以便可以輕松地以用戶友好的方式應(yīng)用生物材料：“手持式儀器的模塊化設(shè)計(jì)使操作員完全控制所得皮膚前體片的物理尺寸和材料組成。自2018年原型設(shè)計(jì)以來(lái)，手持式生物打印機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了10次重新設(shè)計(jì)。該團(tuán)隊(duì)旨在開(kāi)發(fā)一種最終產(chǎn)品，供手術(shù)室的外科醫(yī)生使用。當(dāng)前的原型包括一個(gè)一次性使用的微流控打印頭，以確保滅菌效果；一個(gè)軟輪跟隨打印頭的軌道，從而可以更好地控制較寬的傷口。
Jeschke認(rèn)為，在未來(lái)五年內(nèi)，可以在臨床環(huán)境中看到手持式皮膚打印機(jī)：“一旦在手術(shù)室中使用過(guò)，我想這臺(tái)打印機(jī)將大大改變?nèi)藗兊纳?。有了這樣的設(shè)備，它可能會(huì)改變我們實(shí)踐燒傷和創(chuàng)傷護(hù)理的方式。”
論文“用于皮膚前體薄片傷口保形遞送的手持式儀器可改善全層燒傷的愈合”，發(fā)表在《生物制造》雜志上。
