基于液滴3D生物打印技术构建iPSC来源全层人源皮肤模型的创新研究

《Bioprinting》：Development of iPSC-Derived Full-Thickness Human Skin via Droplet-Based 3D Bioprinting

本文介绍了一种通过液滴3D生物打印技术构建的iPSC来源全层人工皮肤模型（CLE-iFTs）。该模型在角质形成细胞增殖率（Ki-67阳性细胞达18.7±1.2%）、表皮分化标志物表达（KRT14、KRT10）及功能评估（IC50值3.087 mg/mL）方面均优于手工制备模型，展现了其在皮肤研究、疾病建模和再生医学中的巨大潜力。

　　

Highlight

本研究成功利用3D生物打印系统构建了完全由人诱导多能干细胞（iPSC）来源的成纤维细胞（FBs）和角质形成细胞（KCs）组成的全层人工皮肤模型（CLE-iFTs）。通过与手工制备的对照模型（M-iPSC-FTs）比较，验证了该模型的有效性和性能。

Discussion

在这项研究中，我们成功建立了一个完全由人iPSC-FBs和iPSC-KCs组成的全层人工皮肤模型，该模型采用3D生物打印系统制备。这种被称为CLE-iFTs的模型展示了良好的表皮结构组织、功能性屏障特性以及对外部刺激一致的生物学反应，共同凸显了其作为下一代皮肤病学研究和制药应用平台的潜力。

人源iPSC的使用提供了几个关键优势，包括无限自我更新能力、减少批次间变异以及能够生成具有特定遗传背景的个性化皮肤模型。此外，与基于原代细胞的模型相比，iPSC来源的细胞避免了与供体年龄和健康状况相关的变异问题，从而提高了实验结果的可靠性和可重复性。

在结构上，CLE-iFTs表现出显著增强的表皮分化，这通过基底标志物KRT14和上基底标志物KRT10的表达水平得到证实。定量分析显示，CLE-iFTs中KRT10的整合密度显著高于手工模型（247,260.33 ± 15,570.34 vs. 193,760 ± 24,214.66, p < 0.01），表明其更接近天然人类皮肤的表皮成熟度。此外，CLE-iFTs的真皮层显示出更快的细胞增殖速度和更高的细胞密度，这得益于3D生物打印技术提供的精确细胞分布和优化的微环境。

从功能角度来看，CLE-iFTs在化学诱导的细胞毒性测试中表现出更强的抵抗力（IC₅₀值为3.087 mg/mL，而手工模型为2.761 mg/mL，p < 0.05）。在UVB照射实验中，CLE-iFTs表现出更有利的反应，表现为较低的基质金属蛋白酶-1（MMP-1）表达（p < 0.001）和较高的前胶原蛋白水平（p < 0.01）。这些结果共同表明，CLE-iFTs不仅结构更优越，而且在模拟皮肤对环境和化学应激源的反应方面功能也更强大。

Conclusion

CLE-iFT平台代表了一个稳健、可扩展且可重复的人iPSC来源皮肤模型，具有作为研究工具和体外测试系统的强大潜力。随着持续发展，它不仅可以作为监管测试、药物发现和疾病建模的强大平台，而且可以为先进的再生应用铺平道路，包括用于患者特异性临床移植的生物工程皮肤移植物。