近年来，生物3D打印技术在皮肤替代物研究中的快速发展引起了广泛关注。与传统组织工程皮肤相比，
生物3D打印技术能够更快速、全面地模拟皮肤的结构和功能，可为患者提供更精确和定制化的解决方案。
传统自体皮移植由于供体来源的限制、供体部位的缺陷、免疫排斥和感染等因素的存在，应用范围有限制。21世纪随着生物3D打印技术的兴起，为皮肤替代物的研究带来了新的机遇。
生物3D打印技术是以计算机三维模型为模板，装配特制“生物墨水”，最终制造出人造器官和生物医学产品的新科技手段
。
1. 生物3D打印皮肤的研究进展
生物3D打印皮肤可以包含传统组织工程皮肤的层状（表皮层、真皮层和皮下组织层）结构，可将具有特殊功能的细胞（如黑素细胞、朗汉细胞等）和结构模块精准嵌入皮肤中，从而实现皮肤的全结构再造。Ng等报道了含有表皮细胞、黑素细胞和成纤维细胞的仿生3D打印皮肤模型，该皮肤的色素沉着较普通组织工程皮肤更能模拟人体正常皮肤的色素水平（如图1A）。Atala等报道了含有6种皮肤相关细胞和三层结构的生物3D打印皮肤，在体外培养56天达到成熟后移植入裸鼠背部创面，实现创面的快速愈合（如图1B）。
图1.生物3D打印皮肤的结构设计（A）含有黑素细胞、表皮细胞和真皮成纤维细胞的生物3D打印双层皮肤；（B）含有六种皮肤相关细胞的生物3D打印三层结构皮肤的设计和体外培养52天后的形态。
在功能重建方面，可通过装载入打印组织的特殊功能细胞和附属器实现特定功能，还可根据植入后血管神经长入的需求，在特定部位加入血管、神经的种子细胞或活性诱导因子，有效增强打印皮肤的成活率。
将人源性瘢痕细胞和瘢痕细胞外基质混入生物墨水，打印出的组织体外培养后移植入裸鼠背部，用于瘢痕形成机制研究和药物筛选（如图2A）；利用悬滴培养法构建了毛囊细胞球，构建出同时含有汗腺和毛囊的生物3D打印皮肤，可以用于皮肤和汗腺相互作用机制的基础研究（如图2B）。
图2. 生物3D打印皮肤瘢痕和皮肤附属器模型（A）生物3D打印人源性皮肤瘢痕模型用于瘢痕治疗药物筛选；（B）生物3D打印含汗腺和毛囊的皮肤模型用于汗腺和毛囊相互作用研究。
2.生物3D打印皮肤的临床应用方案
相比传统组织工程皮肤，生物3D打印皮肤具有更多可选择的临床应用路径。
2.1与传统组织工程皮肤相同的临床路径：将生物3D打印皮肤在体外培养至成熟状态，然后再移植到患者的创面上。这种方法可以确保打印皮肤具备足够的结构完整性，同时也提供了更多的时间进行细胞和组织的诱导培养和功能成熟。
将三维扫描和在创面原位打印并光聚合构建双层皮肤的方法在实验动物模型中进行了全流程模拟，并取得了良好的创面治疗效果（如图3A）。
图3.生物3D打印皮肤的床旁打印和使用路径（A）三维扫描和在创面原位打印构建双层皮肤的方法用于创面急救与治疗；（B）手持式生物3D打印构建含有表皮细胞和真皮成纤维细胞的皮肤模型。
2.2生物3D打印还可以与现有治疗技术结合，为患者提供更为精确和定制化的解决方案。如将PRP和生物3D打印技术结合，和大部分水溶性生长因子（重组人表皮生长因子、细胞因子模拟肽等）或细胞成分（外泌体、细胞囊泡等）进行结合，用于活性成分保护和缓释，有助于增强生物学效应。同时，生物3D打印墨水材料本身均具有良好的生物相容性和保湿性，可以减轻创面炎症反应和瘢痕收缩，在创面治疗和促进组织再生的过程中发挥重要作用。
图4.生物3D打印与现有创面治疗技术结合的临床路径（A）生物3D打印结合富血小板血浆血浆（PRP）用于创面治疗；（B）生物3D打印结合PRP、三维扫描和路径设计等工程技术用于创面治疗。
小黑板：
在临床应用方案选择上，无论是体外培养后移植还是原位打印即时应用，或是与现有技术结合应用，都可以根据具体情况选择最适合的生物3D打印皮肤的临床路径，以实现更好的治疗效果和患者的康复。
3.生物3D打印皮肤的临床研究
3.1解放军总医院的仿生多层皮肤研究
解放军总医院的Minliang
Chen团队开发了一种基于微碎片脂肪细胞外基质（mFAECM）的3D生物打印仿生多层皮肤，用于全层皮肤缺损的修复。研究中，将mFAECM与甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）混合制成复合生物墨水，成功打印出包含表皮、真皮和血管化的多层皮肤结构。
实验结果：
伤口愈合：
在裸鼠全层皮肤缺损模型中，植入后第7天，细胞负载组创面面积最小，且大部分表皮结构已形成；第14天，细胞负载组创面完全闭合，而空白组仍以血痂和脆弱的肉芽组织为主。
血管生成和胶原蛋白沉积：
细胞负载组在伤口愈合过程中表现出更高的CD31表达（血管内皮细胞标记物），表明其促进了新血管的形成。此外，细胞负载组在第7天和第14天的胶原蛋白沉积量明显高于其他组，且胶原纤维排列更有序。
结论：该研究证明了mFAECM复合生物墨水的可打印性和细胞粘附性，其仿生多层皮肤能够显著加速伤口愈合，促进血管生成和胶原蛋白合成，为全层皮肤缺损的治疗提供了一种有效的方法。
3.2加拿大汉密尔顿健康科学（HHS）医院的临床试验
HHS医院启动了一项临床试验，利用3D打印技术从患者烧伤皮肤中提取干细胞来培养新皮肤。这项研究的灵感来源于一次意外发现，即从烧伤组织中成功提取的干细胞在动物模型中表现出显著的愈合效果。
实验设计：该试验计划招募20名烧伤面积不超过20%的患者，通过从患者自身的烧伤组织中提取干细胞，合成生物墨水并打印新皮肤。
预期效果：研究团队希望通过这种个体化治疗方法，利用患者自身的细胞提高治疗效率，减少疤痕等后遗症的发生。
意义：这项研究不仅代表了烧伤治疗领域的一个重大进步，还为3D生物打印技术在医疗领域的应用开辟了新的可能性。
3.3南工陈苏教授团队的水凝胶人造皮肤研究
南京工业大学陈苏教授团队开发了一种基于PGOP水凝胶的3D打印人造皮肤，用于小鼠肝脏止血和皮肤创面愈合。
实验结果：
肝脏止血：
在小鼠肝脏手术中，PGOP水凝胶在1分钟内实现了止血，且出血量显著低于其他处理组。
皮肤创面愈合：
在皮肤创面愈合实验中，PGOP水凝胶处理组的创面愈合速度更快，新生血管和成纤维细胞的数量更多，表明其促进了组织的再生。
结论：PGOP水凝胶具有优异的粘附性和机械强度，通过3D打印技术能够构建出高形状保真度和优异机械性能的复杂结构，为组织工程和再生医学领域提供了新的解决方案。
