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血管化人工皮肤的生物3D打印:从工艺创新到临床应用进展

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    1.文章导读


    人工皮肤的血管化是组织工程与再生医学的核心难题,生物 3D打印技术为该领域提供了高效解决方案。近期,浙江大学杨华勇院士团队尹俊研究员、伍倩博士后联合大连理工大学徐赫崎副教授(原杨华勇院士团队博士后)、吉林大学牛士超教授在SCI期刊《极端制造(英文)》上发表了题为“3D bioprinting of in vitro vascularized skin models and in vivo skin grafts”的综述文章,总结了基于不同体素的主流生物 3D打印工艺特性,系统梳理了天然、合成及复合生物材料体系在血管化方面的应用现状,阐述其在构建体外血管化皮肤模型及促进体内移植后创面血管新生方面的具体应用,并进一步提出了面向临床转化的未来技术发展方向,为生物制造领域确立了新的研究范式与发展路径。浙江大学章少锟博士后、万宇博士生为论文的共同第一作者,大连理工大学徐赫崎副教授、浙江大学伍倩博士后和尹俊研究员为论文的共同通讯作者。

    2. 图文解析

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    图1 生物3D打印技术用于皮肤构建全景:多维度技术路径的系统总结。

    图 1 全面呈现了目前血管化人工皮肤的生物3D打印技术框架,涵盖 0D(基于液滴)、1D(基于丝材)至 2D(基于曝光面)的三类核心打印工艺。这些打印工艺具有不同的技术特点,适用于人工皮肤中不同生理结构的构建需求,为不同的应用场景提供了多样化的技术路径选择。

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    图2 生物材料体系格局:天然材料与合成材料优势互补。

    图 2 梳理了生物 3D打印血管化皮肤的主流材料体系,主要分为天然材料与合成材料两大类。天然材料凭借优良生物相容性适配细胞生长,而合成材料提供稳定机械性能保障结构支撑,二者通过化学、物理或酶促交联优化后,已被广泛应用于血管化人工皮肤的体内与体外应用,形成了生物相容性与结构成形性兼顾的应用格局。

    3. 总结与展望

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    图3 血管化人工皮肤的挑战和展望。

    本综述系统总结了生物 3D打印构建血管化人工皮肤的研究现状,指出当前领域面临的核心挑战:现有打印工艺在精度与结构复杂度上难以满足生理结构的构建需求,同时生物墨水性能与细胞来源亦存在局限,使得现阶段血管化人工皮肤难以充分复刻天然皮肤的结构与功能。

    针对现有研究的局限性,本综述提出未来五大发展方向:开发动态响应型生物材料、推动患者特异性细胞应用、实现生物分子的高效负载、发展复合生物3D打印技术以及引入人工智能辅助制造。这些前瞻性策略不仅提供了清晰的未来技术路径,也为推进组织工程皮肤与再生医学的临床转化奠定了基础。

     

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