医疗和牙科

研究人员开发用于治疗大面积皮肤烧伤的手持3D生物打印机

来自美国的研究人员多伦多大学(UoT)和桑尼布鲁克健康科学中心已经开发出一种能够3D生物打印皮肤的手持设备,可以愈合烧伤伤口。

这种被称为“手持式3D打印机”的设备可以在伤口上沉积生物墨水形成的材料,有助于加速皮肤的愈合过程。它被设计为一种原位解决方案,用于帮助严重大面积烧伤患者加速伤口愈合过程。

手持3D生物打印机。照片通过UoT。
手持3D生物打印机。照片通过UoT。

3D打印你的皮肤护理程序

手持设备背后的项目由Richard Cheng (ibme博士候选人)领导,在Axel Guenther教授(MIE)的监督下,并与Ross Tilley Burn中心主任Marc Jeschke博士和他在Sunnybrook医院的团队密切合作。

根据世界卫生组织(世卫组织),2018年估计有18万人死于烧伤,其中绝大多数发生在低收入和中等收入国家。第一个原型手持三维生物打印设备于2018年首次亮相。Axel Guenther博士当时评论道:“目前大多数3D生物打印机体积庞大,工作速度慢,价格昂贵,与临床应用不兼容。”。

两年前开发的原型和研究人员在他们的论文中提出的更新设备之间的区别是,沉积的生物材料实际上可以愈合伤口:Guenther解释说:“之前,我们证明了我们可以在烧伤上沉积细胞,但没有任何证据表明这有任何伤口愈合的好处——现在我们证明了这一点。”

3D打印在开发医疗皮肤治疗和伤口护理创新解决方案方面发挥了关键作用。例如,2018年,美国芬兰VTT技术中心该公司开发了一种纳米结构纤维素3D打印智能敷料和3D打印电路板治疗和监测皮肤伤口

手持式3D生物打印机,将皮肤细胞沉积在基底上。通过UoT卡夹。
一种老式的手持式3D生物打印机原型,将皮肤细胞沉积在基底上。通过UoT卡夹。

手持式生物打印机

研究人员解释说,目前治疗烧伤的方法——自体皮肤移植——在试图治愈大面积、全身烧伤时并不有效。自体皮肤移植是一种将身体其他部位的健康皮肤移植到伤口上的方法,它不能提供足够的健康皮肤来治愈全层烧伤。这些严重烧伤的特征是皮肤的最外层和最内层都被破坏,通常覆盖身体的很大一部分。

在论文中,研究人员解释说:“目前的护理标准包括从伤口移除受损组织,然后应用自体皮肤移植,使用皮肤刀直接从患者自身皮肤获得的组织。然而,大面积烧伤往往会留下不足够数量的健康皮肤供采集,因此在发生烧伤的情况下无法使用严重伤害。”

手持式3D打印机通过使用滚筒来分配由间充质基质细胞(MSC)生物墨水组成的均匀生物材料片。MSC是一种干细胞,可根据环境分化为特殊的细胞类型。因此,在这种情况下,MSC bioink促进皮肤再生并减少疤痕。

左起:Axel Guenther教授(MIE)和Richard Cheng博士(ibme)。照片由Daria Perevezentsev/UoT拍摄。
左起:Axel Guenther教授(MIE)和Richard Cheng博士(ibme)。照片由Daria Perevezentsev/UoT拍摄。

为了解决自体皮肤移植治疗大面积烧伤伤口的局限性,研究人员开发了手持式3D生物打印机,使其可以轻松地以用户友好的方式应用生物材料:作者写道:“手持仪器的模块化设计使操作者能够完全控制皮肤前体薄片的物理尺寸和材料组成。”

自2018年推出原型机以来,这款手持生物打印机已经经过了10次重新设计。该团队的目标是开发出一种最终产品,供外科医生在手术室使用。目前的原型包括一个一次性使用的微流控打印头,以确保消毒,以及一个跟踪打印头轨迹的软轮,以便更好地控制更宽的伤口。

Jeschke相信,在未来五年内,手持皮肤打印机将会出现在临床环境中:

“一旦在手术室使用,我认为这台打印机将成为拯救生命的游戏规则改变者。有了这样的设备,它可能会彻底改变我们的烧伤和创伤护理方式。”

纸”,手持式皮肤前体片创面适形输送仪可改善全层烧伤愈合,发表于生物加工

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