3D生物打印技术在皮肤科的应用研究进展(1)
[摘要]精准医学是新世纪医学发展的重要方向，而3D生物打印技术得益于转化医学的兴起和迅速发展，通过个性化、定制化的生产在临床实践中挽救了许多人的生命。3D生物打印技术在医学领域的广泛应用已远远超出了我们的想象，如今在皮肤科及相关领域也倍受关注。本文将重点阐述3D生物打印技术的原理和其在皮肤血管、干细胞、细胞外基质等方面的演变，以及在皮肤病模型方面的潜在临床应用，并探讨其目前的局限性和未来的研究方向。
[关键词]3D皮肤生物打印；皮肤病学；演变；临床应用
[中图分类号]R785 [文献标志码]A [文章编号]1008-6455(2018)06-0155-03
Abstract： Accurate medicine is the important direction of medical development in the new century， and thanks to the rise and rapid development of translational medicine 3D-biological-printing has saved many lives in clinical practice through personalized and customized production.3D-biological-printing technology in the wide range of application in the field of medicine has gone far beyond our imagination， now it has also gained considerable attention in dermatology and other related fields. This article will focus on the principle of 3D-biological-printing，and it’s technological breakthroughs in skin blood vessels，stem cells and extracellular matrix as well as it’s potential clinical application in skin-disease-related model. At last， I will discuss it’s current limitation and research direction in the future.
, 百拇医药
Key words： 3D skin bio-printing； dermatology； evolution； clinical application
皮膚是人体最大的器官，它覆盖于人体表面，具有屏障、吸收、感觉、分泌和排泄、体温调节和免疫等多种功能，对保护体内环境的稳定十分重要。皮肤的这些作用在中毒性表皮松解症、大面积的慢性皮肤溃疡、严重烧伤以及巨大皮肤肿瘤患者身上显得尤为重要。一方面，由于自体/异体皮肤移植的来源和应用常常受限；另一方面，目前应用较多的组织工程皮肤又缺乏表皮或者真皮成分的支持，移植后很容易出现感染和瘢痕挛缩等并发症[1]，并没有实现真正意义上的恢复皮肤完整功能。因此，积极寻找理想的生物皮肤替代品还在不断探索中。3D打印技术在制作医学模型、骨替代品、个性化假肢及假体方面已相当成熟，但是在皮肤科及相关领域的应用还处于起步阶段，本文就其在皮肤科的应用现状综述如下。
1 3D打印技术的概述
, 百拇医药
1.1 3D打印技术的概念及分类：3D打印(3D Printing)技术诞生于20世纪80年代，又称为“增材制造”[2]。其首次被应用于医学领域可追溯至20世纪90年代，医生通过3D打印技术将颅骨的CT扫描数据转化为实物模型[3]，其原理是将计算机三维数字成像技术和多层次连续打印技术相结合，简单来说就是利用重建的三维数字模型，将其分割成层状，然后逐层堆积成实体模型。
3D打印在临床上可以分为生物打印和非生物打印，3D生物打印是在3D打印基础上以活细胞及其它细胞活性成分作为打印材料，最终实现生物活性组织的打印和制作[4]，两者最大的区别就是有无细胞的参与。生物打印包括生物支架打印、细胞打印等，非生物打印包括打印医学模型、口腔种植体、假肢假体等。
1.2 3D生物打印的技术与材料：用于3D生物打印的技术[5]主要包括四种：①激光烧结打印，按照预先设定好的程序，通过计算机的控制对粉末材料进行激光加热、烧结逐层累积形成所需的模型[6]；②喷墨细胞打印，3D喷印技术是根据电流体动力学原理，使用特定的喷头，喷印流态材料，直接形成模型器件的技术[7]；③立体平板印刷打印，以液态光敏树脂为原料，通过紫外光扫描液态光敏树脂使其固化，层层叠加，形成所需模型；④微挤压成形打印，其原理是在加热器内融化热熔性材料，之后抽成丝状送进热熔喷头，在喷头内再次被融化。其应用于生物打印的主要缺点是打印出的组织中细胞存活率低。
在打印技术不断成熟的过程中，打印材料的局限性致使其无法满足医疗领域的苛刻要求，从而阻碍了3D生物打印技术更广泛地应用于临床实践。为突破打印材料的瓶颈，研究者们开展了许多相关的基础研究，近年来取得较大突破。不断有新材料应用于医学打印，从生物相容性、生物降解性、生物惰性、强度、耐久性和延展性方面考虑，如含有聚氨酯二丙烯酸酯和线性半结晶聚合物的油墨等[8]。细胞的选择是第二个重要的步骤，很多研究者关注于角质细胞(容易培养培养)和成纤维细胞(多向潜能)[9]。不同打印技术对打印材料有不同要求，一种材料可能只适合其中一种或几种打印技术[10]。
2 3D皮肤生物打印的演变, 百拇医药(沈婷婷 高慧)
[关键词]3D皮肤生物打印；皮肤病学；演变；临床应用
[中图分类号]R785 [文献标志码]A [文章编号]1008-6455(2018)06-0155-03
Abstract： Accurate medicine is the important direction of medical development in the new century， and thanks to the rise and rapid development of translational medicine 3D-biological-printing has saved many lives in clinical practice through personalized and customized production.3D-biological-printing technology in the wide range of application in the field of medicine has gone far beyond our imagination， now it has also gained considerable attention in dermatology and other related fields. This article will focus on the principle of 3D-biological-printing，and it’s technological breakthroughs in skin blood vessels，stem cells and extracellular matrix as well as it’s potential clinical application in skin-disease-related model. At last， I will discuss it’s current limitation and research direction in the future.
, 百拇医药
Key words： 3D skin bio-printing； dermatology； evolution； clinical application
皮膚是人体最大的器官，它覆盖于人体表面，具有屏障、吸收、感觉、分泌和排泄、体温调节和免疫等多种功能，对保护体内环境的稳定十分重要。皮肤的这些作用在中毒性表皮松解症、大面积的慢性皮肤溃疡、严重烧伤以及巨大皮肤肿瘤患者身上显得尤为重要。一方面，由于自体/异体皮肤移植的来源和应用常常受限；另一方面，目前应用较多的组织工程皮肤又缺乏表皮或者真皮成分的支持，移植后很容易出现感染和瘢痕挛缩等并发症[1]，并没有实现真正意义上的恢复皮肤完整功能。因此，积极寻找理想的生物皮肤替代品还在不断探索中。3D打印技术在制作医学模型、骨替代品、个性化假肢及假体方面已相当成熟，但是在皮肤科及相关领域的应用还处于起步阶段，本文就其在皮肤科的应用现状综述如下。
1 3D打印技术的概述
, 百拇医药
1.1 3D打印技术的概念及分类：3D打印(3D Printing)技术诞生于20世纪80年代，又称为“增材制造”[2]。其首次被应用于医学领域可追溯至20世纪90年代，医生通过3D打印技术将颅骨的CT扫描数据转化为实物模型[3]，其原理是将计算机三维数字成像技术和多层次连续打印技术相结合，简单来说就是利用重建的三维数字模型，将其分割成层状，然后逐层堆积成实体模型。
3D打印在临床上可以分为生物打印和非生物打印，3D生物打印是在3D打印基础上以活细胞及其它细胞活性成分作为打印材料，最终实现生物活性组织的打印和制作[4]，两者最大的区别就是有无细胞的参与。生物打印包括生物支架打印、细胞打印等，非生物打印包括打印医学模型、口腔种植体、假肢假体等。
1.2 3D生物打印的技术与材料：用于3D生物打印的技术[5]主要包括四种：①激光烧结打印，按照预先设定好的程序，通过计算机的控制对粉末材料进行激光加热、烧结逐层累积形成所需的模型[6]；②喷墨细胞打印，3D喷印技术是根据电流体动力学原理，使用特定的喷头，喷印流态材料，直接形成模型器件的技术[7]；③立体平板印刷打印，以液态光敏树脂为原料，通过紫外光扫描液态光敏树脂使其固化，层层叠加，形成所需模型；④微挤压成形打印，其原理是在加热器内融化热熔性材料，之后抽成丝状送进热熔喷头，在喷头内再次被融化。其应用于生物打印的主要缺点是打印出的组织中细胞存活率低。
在打印技术不断成熟的过程中，打印材料的局限性致使其无法满足医疗领域的苛刻要求，从而阻碍了3D生物打印技术更广泛地应用于临床实践。为突破打印材料的瓶颈，研究者们开展了许多相关的基础研究，近年来取得较大突破。不断有新材料应用于医学打印，从生物相容性、生物降解性、生物惰性、强度、耐久性和延展性方面考虑，如含有聚氨酯二丙烯酸酯和线性半结晶聚合物的油墨等[8]。细胞的选择是第二个重要的步骤，很多研究者关注于角质细胞(容易培养培养)和成纤维细胞(多向潜能)[9]。不同打印技术对打印材料有不同要求，一种材料可能只适合其中一种或几种打印技术[10]。
2 3D皮肤生物打印的演变, 百拇医药(沈婷婷 高慧)