皮肤移植3D生物打印调控血管分支新路径

时间：2025-11-24来源：点击次数：1次

皮肤移植是创伤修复的关键手段，但传统移植面临供体不足、二次损伤等问题，而组织工程皮肤又常因移植后缺血坏死难以推广。血管网络的质量直接决定了移植组织的存活，如何构建与正常皮肤相似的层级化血管分支，成为组织工程领域的核心难题。

近日，苏州大学团队在《Applied Materials Today》发表的研究给出了创新性解决方案 —— 通过生物3D打印机（型号：BIO X，品牌：Cellink，产地：瑞典），利用聚己内酯（PCL）框架产生的约束力，就能精准控制血管分支形成，为组织工程皮肤的临床转化奠定了重要基础。

核心突破：用“框架大小” 调控血管分支，无需额外设备

研究团队基于此前建立的 3D 生物打印模型，创新性地通过改变 PCL 框架的尺寸来调节约束力大小，进而实现血管分支的可控形成：

当 PCL 框架长度为 6mm、细胞 - 纤维蛋白条宽度达 7.2mm 时，血管呈弧形排列并形成大量分支；

当框架长度延长至 10mm 时，血管更倾向于沿张力方向线性生长，分支显著减少；

无 PCL 框架的对照组中，血管生长混乱，分支数量与结构均无规律。

这种调控方式无需复杂的外部设备，仅通过设计框架尺寸就能实现约束力的精准调节，为构建个性化血管网络提供了简便可行的技术路径。

图片.png

图1 不同纤维蛋白条带的3D生物打印结构中血管分支的形成。(a)生物打印构建，细胞纤维蛋白条宽1.2毫米，长6毫米，培养14天后形成血管。(b)具有7.2 mm宽和6mm长的细胞纤维蛋白条的生物打印构建体，培养14天后血管形成。CD31，绿色;DA中VI，蓝色。比例尺，分别为5 mm和50um

图2:不同R寸PCL框架的3D生物打印组织中血管分支的形成。(3)控制组(无PCL框架):(b)L6组(长度为6毫米的PCL框架):(c)L10组(长度的PCL框架)。三组生物印迹组织的大小相同。刻度棒，50微米。构造物中(d)血管长度和(e)分支的定量化。

关键机制：YAP 蛋白介导的力学信号传导

研究发现，Yes 相关蛋白（YAP）在约束力调控血管分支的过程中扮演着关键角色：

约束力会诱导细胞内肌动蛋白细胞骨架重排，L6 组（6mm 框架）中肌动蛋白呈弧形辐射排列，L10 组（10mm 框架）则呈单一方向排列；

YAP 作为肌动蛋白下游的信号分子，将力学信号传递至细胞核，调控血管形成相关基因表达；

加入 YAP 抑制剂 verteporfin 后，血管分支数量显著增加，且生长方向与约束力方向不一致，进一步证实了YAP 的调控作用。

此外，细胞 - 纤维蛋白条的宽度、约束力大小与血管分支数量之间存在密切关联，为量化调控血管网络提供了重要依据。

图3：YAP抑制剂影响的血管网络组装。(a)培养14天后用Verteporfin处理的不同构造的宽度;鳞片条，5毫米。(6)文化活动14天后的团体宽度。(c)培养14天后染色CD31和F-肌动蛋白:白鳞片，100微米，红鳞片，50微米。(d)构架中的分支。(e)培养6小时后，用qPCR检测对照组、L6组和维替泊芬组组织中CYR61的表达。

临床潜力：兼具生物相容性与灌注功能

经过 14 天培养后，3D 打印的组织表现出优异的生物学性能：

组织厚度与胶原蛋白成熟度随 PCL 框架尺寸增加而提升，细胞排列紧密，类似正常真皮组织结构；

移植到裸鼠皮下后，手术切口愈合良好，无炎症反应，证明其良好的生物相容性；

血管腔内能检测到红细胞和 FITC - 葡聚糖，证实新形成的血管具备正常灌注功能，可快速与宿主血管吻合。

这些特性解决了传统组织工程皮肤移植后缺血坏死的核心问题，大幅提升了移植组织的存活概率。

应用前景

这项技术的价值远不止皮肤移植，为化妆品、药物研发提供了标准化的血管形成模型，契合欧盟禁用动物实验的政策要求；

可推广至肝脏、心肌等其他组织器官的血管化构建，推动多器官组织工程的发展；

为血管相关疾病的病理机制研究提供了体外模拟平台，助力新型治疗药物的筛选。

目前，研究团队已证实该技术能稳定构建具有功能的血管网络，后续将进一步探索不同血管分支结构对伤口愈合的影响，为临床应用提供更全面的理论支持。

这项研究通过简单的结构设计实现了复杂的血管网络调控，既突破了传统技术的局限，又为组织工程的临床转化提供了新的思路。随着 3D 生物打印技术的不断成熟，未来有望实现 “打印即血管化” 的组织制备模式，让更多患者受益于精准医疗带来的革新。