3D打印仿生創(chuàng)面敷料與成人干細胞治療的融合

來源： EngineeringForLife

成人皮膚通過收縮和疤痕形成對全層皮膚創(chuàng)傷做出反應(yīng)，這一主要的修復(fù)過程往往無法完全恢復(fù)皮膚的生理結(jié)構(gòu)和功能。盡管生物敷料的設(shè)計取得了重大進展，但許多研究還沒有很好地表征治療后通過半定量組織學(xué)和免疫組織化學(xué)分析再生組織的質(zhì)量，或者在預(yù)防瘢痕形成方面基本上沒有取得成功。近日，來自澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)的Dietmar W Hutmacher教授團隊在Biomaterials期刊上發(fā)表了題為“Convergence of 3D printed biomimetic wound dressings and adult stem cell therapy”的文章，制備了一種仿生創(chuàng)面輔料，將該輔料與成人干細胞療法結(jié)合，用于皮膚創(chuàng)面修復(fù)，增強了皮膚生理性傷口閉合以及減少了瘢痕組織的形成。

首先，研究人員介紹了熔融電寫(MEW)技術(shù)，以天然皮膚組織中膠原纖維的結(jié)構(gòu)，設(shè)計具有各向異性力學(xué)性能的MEWmPCL纖維結(jié)構(gòu)，用于傷口敷料應(yīng)用。將敷料處理后增加敷料的親水性后，種植上hGMSCs并植入大鼠皮膚缺損處�！緢D1】

圖1 醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料的制造、細胞接種、支架移植示意圖

隨后，研究人員制備了醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料，檢測了敷料的表面結(jié)構(gòu)，比較了不同仿生結(jié)構(gòu)敷料的力學(xué)性能，結(jié)果顯示，仿生設(shè)計的創(chuàng)面敷料具有良好的機械性能來引導(dǎo)皮膚再生。光鏡和電鏡分析顯示纖維均勻分布。這些纖維在宏觀水平上具有平滑的表面，并顯示出孔之間的互連，經(jīng)過處理的敷料具有更好的清水性表征�！緢D2】

圖2 熔融電寫(MEW)技術(shù)制造各向異性的纖維敷料，模仿膠原纖維的微觀結(jié)構(gòu)。

接著，作者研究了大鼠背部皮膚和生物測定設(shè)計敷料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

圖3 醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料的性質(zhì)

隨后，研究者用活死染色實驗證明了敷料支持干細胞附著和增殖的能力，并通過共聚焦顯微鏡證明了不同冷凍保護劑和不同冷凍速率的冷凍保存條件下，對hGMSC細胞活力和增殖的影響。【圖4】

圖4 醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料的細胞相容性及免疫熒光染色

為了證明敷料結(jié)合干細胞療法的修復(fù)效果，研究者設(shè)計了一系列的體內(nèi)實驗。大鼠的活體實驗表明，細胞接種敷料提高大鼠全層真皮創(chuàng)面愈合率并減少瘢痕組織的形成【圖5 6 7 8 9】

圖5 醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料體內(nèi)實驗

圖6 載HGMSC的醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料修復(fù)表征

圖7 載HGMSC的醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料修復(fù)表征

圖8 載HGMSC的醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料修復(fù)表征

圖9 載HGMSC的醫(yī)用級聚己內(nèi)酯（MPCL）敷料修復(fù)表征

綜上，該研究展示了大鼠被用來模擬細胞種植創(chuàng)面敷料在同種異體移植環(huán)境中的臨床應(yīng)用，纖維網(wǎng)絡(luò)設(shè)計從仿生的角度解決了天然皮膚組織的各向異性行為，優(yōu)化的3D打印敷料支持hGMSC的附著和增殖，HGMSC種植的傷口敷料在全層切除傷口的大鼠模型中加速了傷口的愈合和減少了瘢痕的形成。這些研究為干細胞療法和3D打印結(jié)合的進一步轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120558