3D 生物打印適用于藥物測試和傷口愈合研究的可灌注芯片皮膚模型

來源：EFL生物3D打印與生物制造

皮膚作為人體最大器官，在組織工程中是重點研究對象，3D生物打印技術為皮膚替代物制備帶來希望，可用于藥物測試和嚴重皮膚損傷治療。但當前3D生物打印皮膚模型面臨的主要問題是難以融入血管系統(tǒng)，以實現(xiàn)營養(yǎng)和氧氣的均勻分布。來自意大利帕多瓦大學工業(yè)工程系開發(fā)出一種可灌注的3D血管化皮膚模型。該團隊采用明膠甲基丙烯?；℅elMA）作為真皮和表皮層生物墨水，Pluronic F127作為犧牲材料形成血管通道，整合新生兒包皮成纖維細胞、人表皮角質形成細胞和人臍靜脈內皮細胞，構建出仿生皮膚結構，解決了血管化難題。相關工作以“3D bioprinting of a perfusable skin-on-chip model suitable for drug testing and wound healing studies”為題發(fā)表在《Materials Today Bio》上。

研究要點
1. 生物墨水制備與性能表征階段：合成GelMA并制備Pluronic F127犧牲墨水，通過力學測試、流變學分析及打印性評估，確定G8（8% GelMA）、G15（15% GelMA）和P40（40% Pluronic F127）的最佳打印參數(shù)（溫度、壓力），驗證其力學性能與天然皮膚的匹配性。   

2. 計算建模與灌注系統(tǒng)設計階段：利用COMSOL Multiphysics模擬血管內流體流動與物質擴散，結合實驗驗證熒光分子在GelMA中的擴散行為，設計并制造可實現(xiàn)持續(xù)灌注的生物反應器，確保營養(yǎng)物質均勻分布。   

3. 3D生物打印與血管化結構構建階段：采用犧牲生物打印技術，依次打印G8真皮層、G15表皮層及P40血管通道，通過UV交聯(lián)固定GelMA并移除P40，形成直徑0.5 mm的可灌注血管網(wǎng)絡，構建分層皮膚模型。   

4. 細胞培養(yǎng)與組織功能驗證階段：將新生兒包皮成纖維細胞、人表皮角質形成細胞和內皮細胞分別接種于G8、G15及血管通道，通過LIVE/DEAD染色、免疫熒光等方法驗證細胞活性與基質分泌，觀察到內皮細胞形成完整血管屏障、角質細胞分層分化并建立TEER屏障功能。   

5. 傷口愈合與應用潛力評估階段：通過活檢 punch 與刮擦損傷兩種模型模擬皮膚創(chuàng)傷，在灌注培養(yǎng)下觀察到成纖維細胞遷移、角質細胞增殖及血管新生，驗證模型在傷口愈合過程中的組織再生能力。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101974