头面部皮肤对保护其下层结构至关重要。它也是我们身份的组成部分。面部或头部的外伤或大面积手术（例如切除癌症肿瘤）造成的全厚皮肤损伤会对人的自信和自尊产生负面影响。研究人员在世界上首次将多层活体皮肤直接打印到大鼠的重大损伤部位，实现了无疤痕皮肤修复。这不是科幻--他们是真正地将皮肤（可能还有毛发）3D打印到受损部位。
尽管整形外科技术不断进步，但使用植皮修复头面部全层皮肤缺损仍是一项挑战。它可能导致疤痕、永久性脱发和植皮失败。但现在，宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的研究人员首次在大鼠手术中用三维打印技术打印出了具有毛发生长潜能的全厚活体皮肤，立即纠正了动物头部的严重皮肤缺损。
该研究的通讯作者易卜拉欣-奥兹博拉特（Ibrahim Ozbolat）说："为矫正面部或头部受伤或疾病造成的创伤而进行的重建手术通常并不完美，会造成疤痕或永久性脱发。通过这项工作，我们在老鼠身上展示了具有长毛潜力的生物打印全厚皮肤。这距离在人类身上实现更自然、更美观的头面部重建又近了一步。"
从解剖学上讲，皮肤有三层：最外层（可见）的表皮、中间的真皮和最深层的皮下组织。真皮下层由结缔组织和脂肪组成，为头骨提供结构和保护性支撑。毛囊的根部延伸到真皮下层，这就是头发开始生长的地方。
奥兹博拉特说："真皮下层直接参与干细胞变成脂肪的过程。这一过程对包括伤口愈合在内的几个重要过程至关重要。它还在毛囊循环中发挥作用，特别是在促进头发生长方面。"
他和宾夕法尼亚州立大学的研究小组此前曾使用两种不同的生物墨水同时三维打印软硬组织，以修复啮齿动物头骨和皮肤上的孔洞。在目前的研究中，他们更进一步。
他们从接受手术的病人的脂肪组织中提取分子和蛋白质网络（细胞外基质），为组织提供结构和稳定性。这构成了生物墨水的一个组成部分。第二种成分是从脂肪组织中提取的干细胞。第三种是含有纤维蛋白原的凝结溶液，帮助其他成分与损伤部位结合。每种成分都分别装入生物打印机的不同隔间。
活体皮肤 3D 打印过程示意图
奥兹博拉特说："这三个隔间让我们能够在精确控制的情况下，将基质-纤维蛋白原混合物与干细胞共同打印出来。我们直接在受伤部位打印，目标是形成真皮下层，这有助于伤口愈合、毛囊生成、温度调节等。我们在大鼠身上进行了三组研究，以更好地了解脂肪基质的作用，我们发现基质和干细胞的共同输送对真皮下层的形成至关重要，只有细胞或基质才能有效发挥作用，必须同时进行。"
为了找出完美的混合物，研究人员对三种含有不同数量细胞外基质的生物墨水进行了实验。
在对下真皮层和真皮层进行生物打印后，外表皮层在两周内自行形成，伤口几乎完全愈合。他们还发现，真皮下层含有"下生长"，即毛囊发育的雏形。研究表明，脂肪干细胞与毛囊密切相关，并可能通过释放生长因子驱动毛囊生长。
实验中，脂肪细胞可能改变了细胞外基质，使其更有利于向下生长的形成。研究人员正在努力推进这项工作，使毛囊成熟，并控制其密度、方向性和生长。
研究论文中包含的以下视频展示了直接打印到老鼠头部伤口上的三维生物打印技术。视频中出现了血淋淋的开放性伤口，因此如果您胆小，最好还是跳过这段视频。
研究人员希望他们的技术，尤其是毛发生长能力能够改善整形手术的"外观"，使其看起来更自然，这将对患者的心理健康产生积极影响。他们正在研究如何将先前的工作、3D 打印骨骼和研究如何匹配各种肤色的色素。
"我们相信，这项[技术]可以应用于皮肤科、毛发移植以及整形和重建手术--它可以带来更加美观的结果，凭借全自动生物打印能力和临床级别的兼容材料，这项技术可能会对精确重建皮肤的临床转化产生重大影响"。
这项研究发表在《生物活性材料》杂志上。