歐萊雅3D打印皮膚仿真模型，用于準(zhǔn)確測試和皮膚研究

作為美容行業(yè)的巨頭，歐萊雅自 20 世紀(jì) 80 年代以來在皮膚研究方面取得了長足進(jìn)步，從2015 年開始，歐萊雅開始探索生物打印技術(shù)。2024年3月，南極熊獲悉，歐萊雅推出了創(chuàng)新的重建皮膚模型，研發(fā)人員使用了特殊的生物打印方法快速、精確地創(chuàng)建類似于天然皮膚的結(jié)構(gòu)。這一突破有望徹底改變歐萊雅等公司測試化妝品和皮膚護(hù)理的方式。此外，研究團(tuán)隊(duì)還承諾推進(jìn)醫(yī)療治療，例如改善傷口愈合和為燒傷患者開發(fā)個(gè)性化皮膚移植。



皮膚模型是由歐萊雅高級(jí)研究團(tuán)隊(duì)與俄勒岡大學(xué)Phil and Penny Knight Campus的Paul Dalton 教授合作開發(fā)的，旨在加速科學(xué)影響力。研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Advanced Functional Materials 》雜志上，題目為《First Advanced Bilayer Scaffolds for Tailored Skin Tissue Engineering Produced via Electrospinning and Melt Electrowriting》（《通過靜電紡絲和熔體電寫生產(chǎn)的首個(gè)用于定制皮膚組織工程的先進(jìn)雙層支架》）。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202314757



Dalton實(shí)驗(yàn)室和歐萊雅的研究人員共同開發(fā)了塑料支架，通過精細(xì)結(jié)構(gòu)的 3D 打印線網(wǎng)絡(luò)模擬細(xì)胞外基質(zhì)。然后，歐萊雅研究人員在這些支架中培養(yǎng)培養(yǎng)細(xì)胞以制造人造皮膚，每一層都生長不同的細(xì)胞類型。該膜可防止不同層的細(xì)胞在發(fā)育時(shí)混合。過去的制造方式?jīng)]有層次感，通過3D打印技術(shù)能夠看起來像真正的皮膚。


△3D 打印機(jī)制造極細(xì)的線，用于制造新一代人造皮膚

為了制造多孔支架，Dalton 團(tuán)隊(duì)的成員使用了一種稱為熔體電寫(MEW) 的 3D 打印技術(shù)。 MEW 使用電場將熔化的打印塑料從噴嘴拉成細(xì)線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)打印的精確控制，該技術(shù)可以生產(chǎn)極細(xì)的纖維，有些甚至比微米還細(xì)，類似于天然皮膚纖維的精致結(jié)構(gòu)。纖維由一種稱為聚己內(nèi)酯 (PCL) 的塑料材料制成，這種材料安全、可生物降解，能夠用于縫合線和植入物等醫(yī)療應(yīng)用，這種材料已獲得FDA批準(zhǔn)在人體內(nèi)使用，使實(shí)際應(yīng)用變得更加容易。

支架本質(zhì)上是 MEW 工藝創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)，是皮膚細(xì)胞生長形成皮膚組織的基礎(chǔ)。在這個(gè)支架上植入真皮細(xì)胞后，它會(huì)形成一個(gè)精確模仿真皮基質(zhì)的結(jié)構(gòu)。


△用于體外皮膚模型的雙層支架。

研究人員表示，MEW 的優(yōu)勢在于它能夠調(diào)整支架的特性——孔隙率、孔隙的大小和排列，以及纖維的布局方式。這種定制確保支架與人類皮膚的復(fù)雜結(jié)構(gòu)非常相似，促進(jìn)適當(dāng)?shù)募?xì)胞排列和功能。這項(xiàng)技術(shù)的另一個(gè)好處是，它將皮膚重建所需的時(shí)間從通常的21至35天減少到18天。

本研究開發(fā)的支架由兩個(gè)主要層組成，旨在模仿皮膚的自然結(jié)構(gòu)：
●上層緊密堆積，模擬皮膚的最外層
●下層則更加開放和多孔，類似于皮膚的內(nèi)部。

這種設(shè)計(jì)可以真實(shí)地再現(xiàn)人體皮膚，這對(duì)于準(zhǔn)確的測試和研究至關(guān)重要。


△工程皮膚模型特寫

支架的獨(dú)特之處在于其結(jié)構(gòu)模仿了皮膚的實(shí)際特性，通過調(diào)整纖維的尺寸和排列，支架可以復(fù)制皮膚的紋理和彈性，有助于測試化妝品和藥品的效果。在研究的實(shí)驗(yàn)階段，Dalton的團(tuán)隊(duì)專注于從健康捐贈(zèng)者身上分離和培養(yǎng)人類皮膚細(xì)胞。皮膚樣本取自健康個(gè)體，特別是接受整形手術(shù)的歐洲白種人受試者的乳腺皮膚外植體（取出一小部分組織用于研究）。這些外植體提供了分離皮膚細(xì)胞（例如成纖維細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞）的主要材料。

研究人員利用 MEW 構(gòu)建了一個(gè)支架，使這些細(xì)胞能夠生長和相互作用，為皮膚模型奠定了結(jié)構(gòu)化的基礎(chǔ)。這種精心設(shè)計(jì)的支架可以復(fù)制人體皮膚的實(shí)際結(jié)構(gòu)和功能，在實(shí)驗(yàn)的成功中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。測試了不同的條件，例如細(xì)胞生長的持續(xù)時(shí)間和維生素 C 的添加，以進(jìn)一步完善模型。以反映人類皮膚的皮膚模型為目標(biāo)，以改進(jìn)產(chǎn)品測試和皮膚健康研究的方式。

歐萊雅目前使用這種人造皮膚來測試化妝品和護(hù)膚品，未來，道爾頓的團(tuán)隊(duì)和歐萊雅研究人員計(jì)劃探索皮膚組織工程中底層支架的其他潛在用途，例如治愈糖尿病足潰瘍和為燒傷患者制造皮膚移植物。除了皮膚之外，Dalton團(tuán)隊(duì)開發(fā)的支架還可以支持多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如幫助受損神經(jīng)再生的人造血管和結(jié)構(gòu)。

Dalton說：“人造皮膚的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，并且可以得到更廣泛的應(yīng)用，世界上有很多疾病和傷害尚未得到解決，因此擁有一個(gè)額外的工具來嘗試解決這些問題非常有價(jià)值。此外，這種先進(jìn)的皮膚模型代表了向更加道德和人道的研究方法的重大轉(zhuǎn)變，遠(yuǎn)離了傳統(tǒng)的動(dòng)物測試“。這一變化符合歐萊雅在研發(fā)過程中消除動(dòng)物測試的承諾，該公司于 1989 年正式停止對(duì)其成品進(jìn)行動(dòng)物測試，并于 2013 年停止對(duì)動(dòng)物進(jìn)行成分測試，在替代測試方法和支持零殘忍美容研究方面處于領(lǐng)先地位。