模仿自体移植，首个将双层皮肤直接“打印”在伤口的生物打印机

想象一下，在未来的某一天，一个装满病人自身细胞的生物打印机在患者床边来回移动，通过“打印皮肤”帮助患者一层一层地愈合大面积的伤口或烧伤。这听起来似乎有点科幻，但实际上我们离这一天并不遥远。

位于北卡罗来纳州温斯顿-塞勒姆的维克森林再生医学研究所（WFIRM）的科学家们就发明了一种皮肤生物打印系统，利用人体自身的皮肤细胞来制造新的皮肤层，并将其直接涂在伤口上，以帮助修补通常需要皮肤移植的大面积伤口。

这是同类产品中首个可以将双层皮肤（角质形成细胞以及成纤维细胞）直接“印”在伤口上的生物打印机，这将利用生物打印机“打印皮肤层”来帮助治疗慢性伤口或烧伤成为可能。

虽然 3D 打印机的出现被普遍认为是制造业的一场革命，但同时它也可能给医学带来巨大的好处。而 3D 打印皮肤的想法也已经发展了好几年，自2014 年第一台原型机问世，它可以打印出大片人类皮肤，然后将其切割成合适的大小，移植到病人身上。如今，这项技术逐渐发展成为更精细的机器，最终成为一种手持设备，就像皮肤上的胶带分配器。

图|生物打印机在工作（来源：WFIRM）

而 WFIRM 的科学家发明的这台新机器看起来介于这两者之间。它比手持设备大得多，但在医院环境中仍然相对便携。机器可以被推到床边，病人可以躺在打印机喷嘴下，这为病人长时间接受治疗时提供了良好的条件。

和之前的 3D 打印皮肤设备一样，新打印机使用的是由病人自身细胞组成的“墨水”，这可以将排斥反应的风险降到最低。

在整个修复过程中，研究人员首先利用新型机器对健康的皮肤进行活检，从中分离出两种类型的皮肤细胞：帮助构建愈合伤口的结构纤维母细胞和皮肤最外层的角质形成细胞。然后将活组织检查样品增殖出更大量的细胞，机器并将其混合到水凝胶中以形成生物打印机的“墨水”，这就是修复伤口的“原材料”。

而新型皮肤打印机与之前的不同之处在于：新机器不仅仅只是在伤口上涂抹新生的皮肤，而是首先利用 3D 激光扫描仪扫描患者的伤口，来构建伤口拓扑图，再将数据输入软件，并告诉设备将打印的皮肤层放在哪里。利用该图像，该装置将生成的纤维母细胞填充最深部分，然后在伤口的上层构建角质形成细胞形成的组织。

皮肤是人体最大的器官，它保护体内各种组织和器官免受各种外界刺激，是人体非常重要的天然屏障。而有些人在爆炸、车祸、火烧等灾害中使皮肤受到创伤。糖尿病、静脉溃疡、压疮和烧伤等慢性创伤对患者和外科医生来说也是一种负担，这影响着美国 700 多万患者，每年的治疗支出高达 250 亿美元。

图|生物打印机的概念图（来源：WFIRM）

对于军事人员来说，在常规战争中，烧伤占战斗伤亡的 10% - 30%。想要对一些慢性、大面积或不能愈合的伤口进行治疗是特别昂贵的，因为这些伤口往往需要多种治疗。例如，治疗一个糖尿病足溃疡大约需要 5 万美元。

医护人员治愈慢性创伤的方法有很多，例如使用伤口敷料就是其中一个，而且比较普遍，但其价格和效果各不相同。对于大面积的慢性伤口和烧伤，皮肤移植也是一种选择，但皮肤移植分为自体移植和异体皮肤移植。

研究人员指出，皮肤移植很常见，但也有很多缺点。自体移植是指从患者自身取部分皮肤移植到创伤处，但由于缺乏健康组织，自体移植很难实行，而异体皮肤移植有组织排斥的风险。新的生物打印技术将助于改善这些风险，因为它能让皮肤从伤口中心向外生长，这个优势只存在于自体移植。

这种技术通过模仿皮肤细胞的自然结构，加速了伤口愈合的速度。研究人员利用小鼠模型证明了这种方法的有效性，并且他们观察到新皮肤开始从伤口中心向外形成。最值得注意的一点是，这个新设备所使用的“墨水”材料是独一无二的，是由病人本身的细胞培养繁殖而来，这就不需要供体皮肤移植，避免了移植排斥的情况发生，风险也更小。

领导该研究小组的 James Yoo 博士解释说，新型生物皮肤打印可以使创口更快地开始愈合。他表示，其他的治疗方法并不能像生物打印机这样真正创造皮肤。

研究人员表示，下一步需要进行人体临床试验。最终，这种新设备将可能帮助一些烧伤患者、糖尿病溃疡患者和其他难以自行愈合的大面积伤口患者进行安全、快捷的治疗。