《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Clinical trials on 3D bioprinted scaffolds for lower extremity vascular, diabetic and pressure ulcers: a systematic review
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目的：三维（3D）生物打印技术能够制备模拟天然组织架构的基于生物墨水的支架。本系统综述旨在评估已在人类下肢溃疡中临床测试的3D生物打印支架的安全性特征及愈合时间。方法：依据PRISMA指南开展系统综述。检索PubMed、Embase、Scopus和Web of
目的：三维（3D）生物打印技术能够制备模拟天然组织架构的基于生物墨水的支架。本系统综述旨在评估已在人类下肢溃疡中临床测试的3D生物打印支架的安全性特征及愈合时间。方法：依据PRISMA指南开展系统综述。检索PubMed、Embase、Scopus和Web of Science数据库，时间范围为2000年1月至2025年6月。纳入标准仅涵盖临床研究；动物实验、体外研究及非临床报告均被排除。采用修订版Cochrane随机试验偏倚风险工具（RoB 2）评估随机对照试验的偏倚风险，采用非随机研究方法学指数（MINORS）评估非随机研究的偏倚风险。由于各研究间存在临床和方法学异质性，结果采用叙述性综合方式呈现。结果：在筛选的476篇记录中，8项研究符合纳入标准：2项随机对照试验和6项单臂研究。所有研究的合并样本量为139例患者。两项随机对照试验均报告，与标准敷料相比，完全上皮化时间显著缩短。在单臂研究中，超过80%的溃疡在12周内实现完全上皮化。未报告与治疗相关的严重不良事件。偏倚风险评估发现各研究均存在方法学局限性（随机化和盲法变异、样本量小、随访有限）。结论：当前临床证据表明，3D生物打印支架，尤其是自体微操作同源脂肪组织（AMHAT）和聚乳酸-明胶构建物，代表了一种有前景且表面安全的促进溃疡愈合和改善美观结局的方法。然而，各研究纳入的患者数量较少，随访时间相对较短。需要更大规模、高质量的随机试验及更长的随访时间以确认其疗效和长期安全性。
1 引言
下肢溃疡构成重大全球医疗负担，每年影响多达4900万人，累积终生风险为1.0%–1.8%。标准治疗（清创、减压、压迫、血运重建和敷料）常导致次优愈合，且并发症和死亡率风险较高。组织工程自20世纪80年代发展而来，旨在生成可植入的组织样构建物。其支架应具备生物相容性、可生物降解且无毒性副产物、力学性能适于植入部位和手术操作、高度多孔且具有互连结构，并适合可扩展、经济高效的制造。3D生物打印通过能够在组织框架内精确空间放置生物材料和细胞，扩展了传统支架制造方式，实现了可控的孔径、孔隙率和几何形状，并具有更高的可重复性。本文将3D生物打印定义为一种增材制造技术，通过逐层沉积生物墨水，生成更接近天然组织的构建物。生物墨水可基于天然聚合物（如海藻酸盐、明胶）或合成聚合物（如聚己内酯、聚乙二醇），某些技术甚至可实现直接细胞打印。与溃疡管理相关的应用包括脂肪组织移植、皮肤替代物和抗菌水凝胶。本文旨在填补研究空白，聚焦3D生物打印支架在下肢溃疡愈合（包括糖尿病性、静脉性、动脉性和压力性溃疡）中的临床研究。尽管这些溃疡病因不同，但具有共同的基本病理生理学特征，包括炎症失调、组织缺氧和细胞外基质（ECM）降解。3D生物打印支架模拟ECM，为溃疡部位提供结构完整性以支持细胞活力并促进血管生成。因此，生物打印支架对不同病因溃疡的作用具有可比性。
2 方法
2.1 数据来源与检索策略
本系统综述按照系统综述和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）指南进行。检索策略、纳入标准、研究选择及数据分析计划在检索开始前预先确定并在内部记录。未在任何公共注册库（如PROSPERO）前瞻性注册综述方案。于2025年6月12日检索PubMed、Scopus、Web of Science和Embase，检索词包括糖尿病足溃疡、压力性溃疡、静脉性溃疡、动脉性溃疡及3D生物打印相关术语等。针对各平台的具体检索语法见补充材料1。检索词旨在最大化涵盖与3D生物打印相关的各类溃疡治疗研究。曾考虑加入“支架”一词，但因产生过多无关研究而省略。也曾考虑省略“3D打印”以筛除与生物打印无关的文献（如3D打印鞋垫），但其他生物打印相关检索词下结果过少。
2.2 研究选择
通过检索策略识别的研究导入Covidence在线系统评价工具。每项研究由两名独立评审者进行标题和摘要筛选。重复研究由Covidence手动和自动去除。对于小型病例研究是否纳入分析存在分歧，最终因可用研究池较小而接受纳入。讨论了灰色文献的纳入问题，但最终仅纳入同行评审研究以保证证据质量。随后由两位评审者对潜在符合条件的研究进行全文评估。各步骤纳入研究数量见图1。手动参考文献筛查未发现其他新研究。
本综述的主要目标是比较3D生物打印敷料与传统敷料的有效性。因缺乏比较性研究，纳入了单臂研究。目标人群为患有一个或多个下肢溃疡的成年患者（年龄≥18岁）。干预措施方面，考虑生产过程中涉及3D生物打印技术的所有类型溃疡敷料和支架，不论所用材料。纳入研究必须评估创面愈合结局，如完全创面愈合时间或创面面积缩小率。纳入标准为2000年1月至2025年6月发表、不限语言、涉及3D生物打印技术在下肢溃疡管理中的原始临床研究（仅限人体研究），并报告溃疡恢复结果，包括所有原始临床研究设计（病例报告和病例系列）。若研究语言评审者无法理解，将聘请翻译以扩大综述范围。排除标准为会议摘要、系统综述、体外研究、动物体内研究、未使用3D生物打印技术的研究以及不聚焦下肢溃疡的研究。
2.3 数据提取与综合
两位评审者共同提取研究数据。每项研究的结果及其关键发现被绘制成图表，以概览3D生物打印技术对促进溃疡愈合的作用。结局主要有三种表现形式：其一，特定时间点内完全上皮化的测量；其二，平均创面面积及变化率的测量；其三，创面完全闭合时间的测量。部分研究仅报告特定时间点内完全上皮化的创面数量百分比作为终点，亦被接受。提取的其他结局包括创面持续时间、随访时间、不良事件、敷料使用便捷性和患者满意度。由于结局指标的异质性，无法进行荟萃分析和绘图。
2.4 质量评估
两项随机对照试验的质量评估依据修订版Cochrane随机试验偏倚风险工具（RoB 2.0）进行。图2以可视化方式展示了五个领域的总体结果。两名评审者独立应用该工具，并记录每个领域（低风险、高风险、存在一定担忧）的判断理由，分歧通过讨论达成共识。遵循RoB 2.0指南，对每个结局给出总体判断，总体偏倚风险由任一评估领域中最高偏倚风险水平决定。对于非随机试验，金标准ROBINS-I无法实施，因为所有六项研究均为单臂研究，且无对照无法处理混杂因素，在RoB 2.0中处于“严重偏倚风险”。因此选择非随机研究方法学指数（MINORS），该工具专门为非比较性研究开发。MINORS包含八项标准：若信息未报告记为0分，报告但不充分记为1分，充分记为2分。两名独立评审者评估每篇论文并讨论分歧。纳入队列研究的质量评估见图3。仅有四项队列研究可被评估，因为目前没有针对单一病例研究的评估工具。
2.5 确定性评估
两名评审者使用GRADE方法独立评估预设结局的确定性。对于随机试验，确定性初始为高，并因偏倚风险、不精确性、不一致性、间接性和发表偏倚而降级。非随机数据若用于背景阐释，则采用GRADE调整方法。使用GRADE概念和文档来构建判断，本版本未使用“结果摘要”表。评估见补充材料2。
3 结果
Web of Science核心合集在2007年至2022年间共识别出3327篇关于3D生物打印的已发表文章。然而，大量创面愈合文献仍局限于体外或动物研究，一项2025年的范围综述仅报告了11项临床生物打印研究。挤出式系统无法再现天然人体组织的微尺度结构，且由于打印挑战，胶原蛋白仅在大约15%的研究中使用。在Web of Science、Scopus、EMBASE和PubMed中初步识别出867条记录。去除22篇手动识别的重复文献和312篇Covidence标记的重复文献后，剩余476篇进行标题和摘要筛选，其中466篇因不相关被排除。10篇全文文章被评估，8篇符合纳入标准。这包括两项随机对照试验，评估仿生聚乳酸/明胶纳米纤维膜和AMHAT，以及六项单臂研究或病例报告。两项研究被排除。表1和表2展示了纳入研究特征。
纳入研究共包含来自六个国家多个中心的139例患者。大多数报告的主要终点是12周内完全上皮化时间，并系统记录创面愈合情况。RoB 2.0对两项随机对照试验的评估显示总体存在中至高度偏倚担忧。四项队列研究经MINORS评估为中等质量，评分11–13分。Armstrong等人因在同一中心使用连续患者而优于其他两项AMHAT研究。Bajuri等人因纳入标准模糊影响受试者选择的客观性而得分最低。值得注意的是，没有研究对研究终点进行盲法评估或前瞻性计算样本量。
在AMHAT研究中，采用脂肪组织转移生成患者特异性细胞外基质（ECM）构建物。脂肪组织在局部麻醉下通过吸脂术从下腹部获取。纳入研究使用Dr. INVIVO AI Regen KIT（ROKIT Healthcare）通过顺序过滤系统将获取的组织处理为纳米脂肪，保留脂肪组织的天然再生特性，同时分离ECM用于贴片制造，形成基于脂肪组织的生物墨水。部分研究使用AiD Regen自动3D建模系统扫描溃疡，生成缺损三维模型。基于该模型，打印由医用级聚己内酯（PCL）制成的支架，并通过挤出机将制备的基于脂肪的ECM逐层打印到支架上。随后应用纤维蛋白胶稳定构建物，形成适合植入的黏合ECM贴片。
在愈合结局方面，研究表明3D生物打印敷料与传统敷料相比具有更优的恢复率。在AMHAT敷料治疗糖尿病足溃疡的随机试验中，干预组12周完全上皮化率为100%，而标准护理组为50%。其他报告提示对长期存在的溃疡尤其有益，包括一项持续6个月至2年的创面病例系列，治疗约5周内实现完全闭合。慢性溃疡常含有衰老成纤维细胞群，其增殖能力降低、分泌谱改变，导致持续不愈合。在老年和共病患者中取得的初步良好结果提示3D生物打印支架可能部分克服这些限制。
多项研究中恢复时间较已发表的糖尿病足溃疡标准治疗基准加快。在AMHAT随机试验中，干预组所有溃疡在12周时实现完全上皮化，多数在约4周时已接近完全愈合，显著快于对照组。非随机试验结果总体良好，但存在离群值。Yast?等人报告第9周时95%患者完全愈合，Chae等人记录糖尿病创面在5周内达到96%上皮化。Bajuri等人报告12周时70%创面完全上皮化，Yoon和Jin描述一例患者足外侧创面12周闭合，而足跟创面仍为75%上皮化。Armstrong等人报告的结果最不理想，40%溃疡未能在12周内闭合。有趣的是，Bajuri等人报告了最大平均创面面积（27.00 ± 43.99 cm2），而Armstrong等人记录了较小的溃疡（平均2.7 cm2，范围0.1–6.9 cm2），深度范围为0.1至0.4 cm。然而，Yast?等人强调，即使是表面较小的溃疡（0.5 cm2）若深度达1.2 cm也可能表现为复杂创面，凸显深度作为混杂因素的重要性。
患者和临床医师报告的结局支持3D生物打印敷料。在聚乳酸/明胶纳米纤维膜治疗静脉曲张溃疡的随机试验中，实验组换药时疼痛评分显著下降（视觉模拟评分从5.67降至0.93），对照组从5.57降至3.17，两组基线无差异。继发性组织创伤亦减少：平均创伤评分为1.30 ± 0.47，而对照组为1.93 ± 0.87，提示移除时黏附和出血更少。实验组换药次数更少（平均6.73次 vs. 8.30次），反映愈合改善和操作负担减轻。临床医师对纳米纤维膜的应用便捷性评分显著更高（平均评分1.27 vs. 3.23），聚左旋乳酸/明胶支架系列研究报告了类似的应用便捷性和舒适度评分，大多数病例被临床医师和患者评为“非常容易”或“容易”。这些优势可能反映了该膜能够维持湿性但透气的创面环境、对过量渗液具有高吸收性，以及因其可生物降解特性而可在不造成继发性创伤的情况下移除或留置。研究提示传统石油基敷料常牢固黏附，换药时导致疼痛、出血和额外组织损伤，与之相比存在劣势。
使用基于AMHAT的3D生物打印的临床医师进一步强调了实用益处：该技术为脂肪移植物提供结构支撑，使其无需额外结构材料即可适应不规则创面几何形状，且相对较短的手术时间使该技术对高手术风险患者具有吸引力。Yoon和Jin指出，这些特性为患有多种合并症且可能不适合更广泛重建手术的患者扩展了治疗选择。Sun等人描述的一种技术将生物打印支架制成粉末并与富血小板纤维蛋白原混合形成水凝胶，可实现最大适应性并具有良好的黏附性。总体而言，现有证据尽管规模和异质性有限，但提示3D生物打印支架可能相较于传统敷料在愈合率、愈合时间以及患者和临床医师体验方面提供有前景的改善。
4 讨论
这是当代文献中首篇仅聚焦于3D生物打印支架治疗下肢慢性溃疡临床研究的报道。过去20年中，糖尿病足溃疡的平均愈合时间仍约为6个月。我们的研究结果表明，多种3D生物打印支架方法相较传统敷料缩短了恢复时间，并在12周内使大多数患者实现完全愈合。既往关于溃疡3D生物打印的研究要么仅集中于糖尿病溃疡，要么主要包含体外研究。本综述旨在填补3D生物打印支架临床应用的重大空白，我们发现3D生物打印方法在缩短愈合时间方面较标准方法显示出早期有前景的改善，且该效应广泛见于血管性、糖尿病性和压力性溃疡。总体而言，患者和临床医师对这些特定类型的3D生物打印支架在应用便捷性和舒适度方面表示满意。不良事件方面，仅Yast?等人提到3例轻度皮下出血，提示这些支架具有良好的安全性特征，但由于研究持续时间短，不应将其视为长期安全性的确定性证据。
本研究还为临床医师提供了新兴治疗选择的概览，特别是3D生物打印支架的两大主要方向——AMHAT和聚乳酸/明胶支架。值得注意的是，本研究纳入了所有语言的研究，包括一项既往未被任何研究纳入的中文随机对照试验。为更好地解读这些临床结局，需考虑支架类型的结构设计和生物学功能。自体脂肪移植促进创面愈合可通过多种生长因子（包括血管内皮生长因子和胰岛素样生长因子）刺激胶原纤维合成、促进血管生成及真皮和皮下组织增厚。3D生物打印技术和PCL/纤维蛋白支架使AMHAT在置于创面上时能保持结构，这使得AMHAT与传统脂肪移植相比具有理论优势，因创面表面充分的血管灌注可预防脂肪坏死，且术后可直接监测。聚乳酸/明胶支架具有良好的生物相容性，其最终降解产物为CO?和H?O，对人体无毒，并为创面提供水合作用。聚乳酸提供拉伸强度和弹性，而明胶是胶原前体，包含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列，可与细胞表面整合素结合以刺激增殖和黏附。静电纺丝提供额外优势，可生成松散连接、高度多孔的支架，模拟细胞外基质结构并促进细胞浸润和肉芽组织形成。
然而，若干因素可能限制这些发现的普遍性。研究间存在显著临床异质性，纳入的溃疡类型具有不同潜在病理学特征，影响其愈合潜力，且患者合并症不同。样本量小妨碍了进行比较性分析。纳入研究结局指标各异、存在方法学不确定性以及一定偏倚担忧。此外，构建物中使用富血小板血浆和脂肪组织影响了关于3D生物打印本身有效性的判断。由于3D生物打印仍是一个相对新颖的领域，多数研究为早期阳性试点研究，可能存在发表偏倚。商业偏倚亦需考虑，因为本文纳入的相当一部分研究使用了专有AMHAT平台并由其母公司资助。本系统综述的局限性在于评审方案未前瞻性注册，可能导致方法学偏倚。
本综述强调在3D生物打印某些领域需要进一步研究。首先，许多设计因素可能影响生物打印支架治疗结局，包括喷嘴尺寸、生物墨水黏度和交联形成，未来临床研究应予以报告。关于3D生物打印的更广泛应用，Dr. INVIVO AI Regen Kit是一次性套件，包含3D生物打印配件和制作AMHAT贴片所需的ECM生物墨水处理工具，估计成本为5000美元。需要进一步的经济学评价来确定其治疗溃疡的成本效益。3D生物打印支架的监管问题也应予以研究。例如，美国食品药品监督管理局（FDA）可能因AMHAT的微操作性质而选择将其视为类似传统脂肪移植的较轻监管负担，但也可能将其视为组合产品，需要额外测试并最多10年才能获批。自体生物墨水的标准化以及在再生产中维持行业标准也存在担忧。
除溃疡治疗外，3D生物打印技术展现出更广泛的临床潜力。部分AMHAT研究中使用的AiD Regen技术是一种新型创面测量方法，可生成精确高效的3D创面模型，减少操作者间变异，从而标准化测量创面面积和体积。除治疗溃疡外，AMHAT在皮肤癌管理和截肢术后愈合辅助等其他医学领域也显示出有前景的应用。尽管生物打印技术日益受到关注，但实验室研究与临床转化之间仍存在差距。2024年的一项系统综述发现112篇与3D生物打印技术治疗糖尿病足溃疡相关的文章，但本综述仅纳入8项临床试验。这一差异凸显了需要更多高质量的人体研究来验证3D生物打印支架在溃疡管理中的临床有效性和安全性。
