3D生物打印适用于药物测试和伤口愈合研究的可灌注芯片皮肤模型

 皮肤作为人体最大器官，在组织工程中是重点研究对象，3D生物打印技术为皮肤替代物制备带来希望，可用于药物测试和严重皮肤损伤治疗。但当前3D生物打印皮肤模型面临的主要问题是难以融入血管系统，以实现营养和氧气的均匀分布。来自意大利帕多瓦大学工业工程系开发出一种可灌注的3D血管化皮肤模型。该团队采用明胶甲基丙烯酰基（GelMA）作为真皮和表皮层生物墨水，Pluronic F127作为牺牲材料形成血管通道，整合新生儿包皮成纤维细胞、人表皮角质形成细胞和人脐静脉内皮细胞，构建出仿生皮肤结构，解决了血管化难题。相关工作以“3D bioprinting of a perfusable skin-on-chip model suitable for drug testing and wound healing studies”为题发表在《Materials Today Bio》上。

研究要点
1. 生物墨水制备与性能表征阶段：合成GelMA并制备Pluronic F127牺牲墨水，通过力学测试、流变学分析及打印性评估，确定G8（8% GelMA）、G15（15% GelMA）和P40（40% Pluronic F127）的最佳打印参数（温度、压力），验证其力学性能与天然皮肤的匹配性。   

2. 计算建模与灌注系统设计阶段：利用COMSOL Multiphysics模拟血管内流体流动与物质扩散，结合实验验证荧光分子在GelMA中的扩散行为，设计并制造可实现持续灌注的生物反应器，确保营养物质均匀分布。   

3. 3D生物打印与血管化结构构建阶段：采用牺牲生物打印技术，依次打印G8真皮层、G15表皮层及P40血管通道，通过UV交联固定GelMA并移除P40，形成直径0.5 mm的可灌注血管网络，构建分层皮肤模型。   

4. 细胞培养与组织功能验证阶段：将新生儿包皮成纤维细胞、人表皮角质形成细胞和内皮细胞分别接种于G8、G15及血管通道，通过LIVE/DEAD染色、免疫荧光等方法验证细胞活性与基质分泌，观察到内皮细胞形成完整血管屏障、角质细胞分层分化并建立TEER屏障功能。   

5. 伤口愈合与应用潜力评估阶段：通过活检 punch 与刮擦损伤两种模型模拟皮肤创伤，在灌注培养下观察到成纤维细胞迁移、角质细胞增殖及血管新生，验证模型在伤口愈合过程中的组织再生能力。

文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101974