清华大学徐韬教授课题组:自适应多自由度原位皮肤打印

3D打印科研前沿
2022
05/06
09:21
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供稿人:焦天,连芩 供稿单位:机械制造系统工程国家重点实验室


大面积皮肤损伤如果不能得到及时有效的治疗,往往会引发伤口感染和身体机能的紊乱,甚至造成休克和死亡。针对大面积皮肤损伤,自体皮肤移植往往无法找到合适的取皮部位,异体和异种皮肤移植往往存在免疫排斥和传播疾病的风险,人造皮肤在功能和时效性仍无法满足临床的需求。原位3D打印皮肤(扫描皮肤缺损模型,根据模型在伤口直接打印皮肤)的出现为大面积皮肤损伤的快速有效治疗提供了可能。但是目前原位3D打印皮肤在组织损伤识别和打印的精度,以及重建皮肤的功能(尤其是皮肤毛囊、汗腺等附属器的重建)上仍与临床需求存在较大差距。

最近清华大学徐韬教授课题组在原位皮肤打印方面有了突破性进展。 该团队开发了一台自适应多自由度原位生物打印机,该机器人包括一个扫描系统、一个双目视觉系统和一个六自由度机械手,打印机搭载了双目相机可以快速精准识别组织损伤,并进一步构建组织缺损模型,规划打印路径。 通过6自由度3D打印机完成复杂结构打印,并通过运动追踪系统实时监控打印参数并进行误差修正。 该团队开展了小鼠皮肤原位打印修复实验,首先将5×107/ml小鼠表皮干细胞、108/ml小鼠皮肤前体细胞和基质胶混合制备了具备生物活性的皮肤打印墨水,然后通过打印机快速、精准识别了小鼠皮肤损伤模型,最后通过6自由度3D打印机在伤口部位精准的打印生物墨水构建皮肤。 打印后对小鼠进行了四周的饲养和评价。 结果表明打印的皮肤不仅形成了与人体皮肤类似的表皮、真皮分层结构,而且重建皮肤的血管、毛囊和皮脂腺。

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图1 (a)自适应多自由度原位修复皮肤示意图

该研究通过将新型机器人与生物活性生物墨水相结合,实现了可以快速、精准的修复皮肤的缺损,重建皮肤的主要结构和功能,为皮肤修复提供了一种有效的策略,并具有进一步应用的临床转化潜力。


参考文献:

    赵 W,陈 H,张 Y,周 D,梁 L,刘 B,等。 用于毛囊皮肤修复的自适应多自由度原位生物打印机器人:在小鼠中进行的初步研究。 生物工程与转化医学。 2022.(https://doi.org/10.1002/btm2.10303
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