在烧创伤、糖尿病足、慢性溃疡等临床难题面前，全层皮肤缺损的修复一直是再生医学领域的“硬骨头”。传统的自体植皮存在供皮区有限、二次损伤等痛点；异体皮和人工皮肤替代物又面临免疫排斥、血管化慢、瘢痕挛缩等问题。那么，是否有一种更接近天然皮肤结构与功能的修复策略？新的 3D 生物打印仿生皮肤支架也许能更好地解决这些问题。
国内多机构联合科研团队在 Journal of Biological Engineering 发表了一项创新研究：利用海藻酸钠 / 明胶 / 胶原（SA / Gel / C）复合生物墨水，结合挤出式 3D 生物打印技术，成功构建了具有梯度孔隙结构的全层皮肤支架。该支架不仅模拟了天然皮肤的致密表皮层和多孔真皮层，在大型动物（猪）全层皮肤缺损模型中，更实现了快速愈合、减少挛缩、完整上皮化的显著效果。
今天，我们就来深度解读这项研究，并看看 Zealquest BioMedical OPUS 生物 3D 打印系统在这项研究中发挥的作用。

为什么全层皮肤支架这么难做？
与单层皮肤模型不同，全层皮肤具有复杂的多层结构：
表皮层：致密结构，起保护、防感染、保湿作用。  
真皮层：多孔结构，为成纤维细胞、血管、胶原提供生长空间。
 
传统支架往往只关注其中一层，难以兼顾“致密保护”与“多孔促生”的双重需求。此外，理想的生物墨水既要可打印性好（能成型复杂结构），又要生物相容性高（支持细胞存活、迁移、增殖），还要具备可控降解和促愈合功能——挑战重重。

研究设计
本次实验主要通过筛选优化 SA/Gel/C 生物墨水配方，利用挤出式 3D 生物打印构建三层梯度孔隙结构的全层皮肤支架，随后进行体外细胞相容性评价，最后植入猪全层皮肤缺损模型中评估修复效果。整个支架设计思路如下图： 研究团队配制了4种不同比例的 SA/Gel/C 水凝胶，通过挤出连续性、线条均匀性、成型稳定性等指标进行筛选：

生物墨水编号	明胶浓度	海藻酸钠浓度	胶原浓度	打印表现
Gel1	1.8%	2.5%	0.5%	均匀、连续、稳定
Gel2	2%	2%	1%	均匀、连续、稳定
Gel3	2.3%	1.5%	0.5%	均匀、连续、稳定
Gel4	4%	1%	1%	黏度过高、挤出不均

Gel4 因明胶浓度过高，在打印温度下黏度骤增，导致挤出不均。而 Gel1、Gel2、Gel3 均表现出良好的打印性能。最终，团队采用三层不同配方分别模拟：
致密层（Gel1）：保护创面、维持湿润环境
表皮层（Gel2）：促进上皮化
真皮层（Gel3）：提供细胞生长与血管化空间

3D打印与支架结构表征利用
Zealquest Biomedical OPUS 生物 3D 打印系统微挤出打印模块，研究团队实现了 5 cm×5 cm×2.1 mm 的全层皮肤支架的快速成型。支架经冷冻干燥后，呈现均匀、规整的宏观孔隙结构。扫描电镜（SEM）进一步显示：致密层表面几乎无孔，能有效保护创面、防止感染、维持湿润环境。真皮层及截面呈现 60.52±4.73 μm 的连通微孔，有利于细胞黏附、营养物质传输和代谢废物排出。将成纤维细胞接种于支架后，SEM 图像清晰显示：大量细胞沿孔隙壁黏附、伸展，说明支架具有良好的细胞相容性。


细胞相容性与活性评价
研究人员将成纤维细胞与 Gel3 水凝胶混合后打印，在第0、3、6天进行活/死细胞染色。结果令人振奋：

MTT 实验进一步证实：SA/Gel/C 支架无细胞毒性，与对照组无显著差异。

这说明：该生物墨水在打印和交联过程中对细胞温和、友好，为后续体内修复奠定了基础。

猪全层皮肤缺损修复效果评估
为了更接近临床真实场景，研究团队选用了猪全层皮肤缺损模型（4 cm×4 cm），分别设置支架组与空白对照组，观察4周。大体观察结果：

更重要的是：支架组的创面挛缩程度明显小于对照组——这意味着瘢痕更小、功能恢复更好。


组织学与免疫荧光验证
H&E 染色结果显示，支架组：术后2周可见肉芽组织形成，上皮细胞开始爬行；4周时复层上皮完整覆盖，表皮突明显；对照组：愈合明显延迟，4周时中央仍缺皮，上皮薄且不连续。；Masson 三色染色结果可以看出，支架组胶原纤维更丰富、更成熟，真皮结构重建更完善。

免疫荧光染色结果提示，CD31（血管标志物）：支架组阳性细胞更多，血管新生更活跃；PCNA（增殖标志物）：对照组高表达（异常增殖/瘢痕倾向），支架组显著降低，提示无过度纤维化；AE1/AE3（角蛋白标志物）：支架组表皮层完整再生；CD206（M2 型巨噬细胞）：两组无显著差异，说明支架不引起异常免疫反应。


传统方法VS本次研究策略

传统方法	本研究策略
自体植皮	3D 生物打印仿生支架
供皮区有限	无供区损伤
瘢痕挛缩明显	抑制挛缩，功能恢复好
血管化慢	促进血管新生
单一结构	梯度孔隙，仿生全层结构

本研究通过仿生设计与 3D 生物打印，成功制备了可完全降解、促愈合、抑挛缩的全层皮肤支架，并在大动物模型中获得了接近临床理想效果的修复结果。而这项研究中使用的正是 Zealquest Biomedical OPUS 系列生物 3D 打印系统。实验成功的关键之一，在于对温度敏感型生物墨水的精确控制：明胶在低温下易凝胶，研究团队将打印平台温度控制在18-22℃，保证了墨水的可打印性，同时钙离子交联维持了支架的结构稳定性。而这一切，OPUS-PRO 生物 3D 打印系统不仅能完美复现，还能提供更多强大功能：
多工艺整合：支持挤出、光固化（DLP）、近场直写、微纳喷墨等多种打印模式，满足皮肤、骨、软骨等不同组织工程需求。
精密温控：打印头0~250℃、平台0~40℃独立控温，轻松应对温敏材料。
医疗级洁净系统：封闭式洁净环境，适合细胞负载打印。
高精度打印：重复定位精度±0.001 mm，最小挤出量达0.0001 μL/s，确保复杂微孔结构精准成型。
自动切换模块：多打印头快速切换，支持多材料、多结构一体化成型。

参考文献Niu C, Wang L, Ji D, et al. Fabrication of SA/Gel/C scaffold with 3D bioprinting to generate micro-nano porosity structure for skin wound healing: a detailed animal in vivo study[J]. Journal of Biological Engineering, 2022, 11(1): 10.

生物3D打印在皮肤组织工程中的应用方向• 全层皮肤支架构建与血管化研究• 开发慢性难愈合创面修复• 筛选糖尿病足、烧伤、创伤修复• 含毛囊、汗腺的功能性皮肤构建• 皮肤疾病模型与药物筛选...
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Zealquest BioMedical
Zealquest BioMedical专注于生物打印技术和生物墨水的研发与应用，为生命科学、制药研究、食品工业、农业等领域提供先进的生物制造解决方案。