光激活生物墨水原位3D生物打印内皮细胞图案化皮肤贴片促进血管新生及创面修复的研究

针对皮肤替代物缺乏功能性血管导致的缺血和延迟再生问题，研究人员开发了基于光激活脱细胞基质(dECM)生物墨水的原位3D生物打印技术，通过精确排布内皮细胞(ECs)构建网格状、线状和点状血管网络。研究发现网格构型显著促进微血管形成，通过整合素介导和血管内皮生长因子(VEGF)通路加速小鼠创面愈合，为慢性创面治疗提供了创新解决方案。

　　

慢性皮肤创面如同身体难以愈合的"裂缝"，糖尿病、感染等因素导致的缺血缺氧环境让传统治疗束手无策。尽管组织工程皮肤替代物能模拟天然细胞外基质(ECM)结构，但缺乏功能性血管网络这个"生命补给线"，移植后常因营养供应不足而失效。现有血管化策略依赖内皮细胞(ECs)随机自组装，犹如"盲盒"般难以预测血管形成效果。

韩国科学技术院(Korea Institute for Advanced Study)的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表突破性成果，开发出光激活原位3D生物打印系统。该系统采用脱细胞猪皮肤基质(SdECM)生物墨水，在可见光下实现秒级交联，精准构建ECs的网格、线状和点状三维图案。结合人脂肪干细胞(hADSCs)的辅助作用，成功制备出具有预血管网络的皮肤贴片。

研究采用三大关键技术：1) 光响应性SdECM支持浴生物墨水实现高精度细胞图案化；2) 气动挤出系统分别控制连续(线/网格)和脉冲(点)打印模式；3) 裸鼠全层皮肤缺损模型评估血管化效果。通过比较0.25-1% SdECM浓度，发现低浓度(0.25%)基质最利于血管形态发生和促血管基因(VEGFA、FGF2等)表达。

【Development of light-activated bioink】
光交联SdERS支持浴实现细胞存活率>95%，网格图案的比表面积优势使ECs接触面积增加2.3倍。qPCR显示网格组整合素β1(ITGB1)和血管钙黏蛋白(VE-cadherin)表达显著高于其他组，揭示几何约束激活机械信号传导。

【Summary and Conclusion】
网格构型展现出"几何优势效应"：

1. 血管密度比随机接种组提高178%，创面闭合速度加快40%
2. 差异基因分析揭示双重机制：表面增大促进整合素-黏着斑激酶(FAK)通路激活，同时几何约束增强VEGF旁分泌
3. 7天即形成功能性微血管网络，毛细血管直径达15-25μm

这项研究突破性地证明：细胞空间排列的几何特征本身可作为"物理指令"指导血管发生。通过将工程学精度与生物学原理相结合，为复杂组织血管化提供了标准化解决方案。该技术可扩展至心肌补片、器官芯片等领域，其"图案化血管"设计原则对再生医学具有普适性指导价值。