化妆品交易推动皮肤3D生物打印

3D生物打印的魅力吸引了护肤品行业的兴趣，三家领先的公司都在2015年年中推出了皮肤打印计划，他们希望这将彻底改变化妆品测试。最初的挑战是为在多孔分析板上进行的新产品实验制造皮肤条子，但成功可能会导致更大的计划。所获得的专业知识可以用于药物研究，甚至有助于将患者自身的细胞制成几乎完全兼容的皮肤移植物，并最终替代器官。

有两个项目是与初创公司合作:L 'Oréal的美国全球科技孵化器与美国的Organovo合作;总部位于德国的巴斯夫与法国公司Poietis合作。与此同时，美国消费品巨头宝洁公司已邀请新加坡学者提出研究建议，与新加坡科学、技术和研究局(a *Star)合作开展为期五年、价值6000万新元(2740万英镑)的项目。

他解释说，如今皮肤组织通常是在细胞培养中生长的Priya Viswanathan来自伦敦国王学院，但制作一厘米见方的碎片可能需要长达四周的时间。使用相同的初始细胞(用于实验室测试，通常由整形手术患者捐赠)，3D打印可能在不到一天的时间内完成同样的工作。皮肤是一个多层器官，有不同的细胞类型，3D生物打印非常适合在这种排列中沉积细胞。维斯瓦纳坦说:“你仍然需要培养细胞，但在多层打印的情况下，你不需要再培养那么长时间。”

用于3D打印的生物墨水可以通过将细胞分散在标准培养基中来制造。维斯瓦纳坦解释说，理论上，任何印刷技术都可以用来储存它们，这使得实验相对便宜和简单。然而，专用工具可能会提供更好的结果，如果它们负担得起，它们就特别有吸引力。维斯瓦纳坦强调:“制造成本越低，打印机的分辨率越高，就越容易应用于生物领域。”

挑战不可避免地伴随着这些好处。实现具有完全天然功能的皮肤的障碍包括防止打印过程中产生的热量损害细胞的健康或活力。维斯瓦纳坦解释说，“打印任何器官或组织(包括脉管系统)的全部复杂性也是极其困难的”，因为真正的组织需要包括生长因子和细胞因子在内的生化输入。她补充说:“我们依赖的事实是，细胞自己产生这些物质，这很好，但这意味着我们缺少了很多关键成分。”此外，自然组织结合了不同类型的细胞，使打印机在简化的单细胞类型或复杂的多细胞类型过程中做出艰难的选择。

喷墨打印机还是激光打印机?

Organovo的目标是使用3D打印方法来创建一个令人信服的细胞自然生长微环境。Organovo负责商业运营的执行副总裁迈克尔•雷纳德(Michael Renard)说:“我们对每一种组织的目标都是概括蛋白质和酶的生化生成、基因表达和天然组织的组织学。”“我们的技术可以精确控制各种细胞类型之间的空间关系，以模仿天然组织的形式和功能。”

该公司的方法建立在密苏里大学的研究基础上Gabor Forgacs，使用培养细胞的墨水，形成球形。它的打印机通过带有一个打印头的毛细管尖端将墨水沉积到带有第二个打印头的水凝胶层中。球体自然地融合在一起，让它们生长几周，在此期间，水凝胶被去除。Organovo以前生产过神经导管、血管、肺组织和心脏片或贴片。雷纳德补充说:“我们已经构建了由真皮层和表皮层组成的多层皮肤。”Organovo与L 'Oréal的合作包括开发用于产品测试和其他先进研究领域的3D打印皮肤组织，“在皮肤建模方面取得新的突破”。

成熟的时间

Poietis将其方法称为“4D生物打印”，这反映了随着打印组织的成熟，自我组织的重要性，其中第四个维度是打印和准备就绪之间演变的架构。为了制造出前三个维度，它将细胞和周围的材料，如水凝胶或胶原蛋白，涂在玻璃片上，厚度达几十微米。据该公司首席技术官伯特兰·维勒罗布(Bertrand Viellerobe)介绍，这款生物打印机使用激光从载玻片上分离出一升液滴，并以高精度和高分辨率沉积它们。

维勒罗布说:“不同的技术，如生物挤压或喷墨是互补的，但激光是迄今为止最好的。”“细胞的活力是最高的，它是唯一一种能够高精度打印单细胞的打印机。”他补充说，每秒打印10,000滴，用于测试的厘米方皮片的一层模板可以在不到30秒的时间内形成。“对于皮肤，我们需要进行多层打印，在这种情况下，它仍然需要不到10分钟，第四维取决于组织的类型和功能。”现在的标准成熟时间是几天到1-2周。”

打印出来的结构是最终组织的蓝图，但维勒罗布强调，成熟过程中的进化也是一个必须仔细研究的关键过程。他解释说，除了细胞的几何形状，温度、营养物质和生长因子、氧气和二氧化碳水平等参数也必须在培养过程中得到优化。

去找硬的细胞

巴斯夫最初的3D打印重点是其皮肤模型技术mimesskin。巴斯夫的组织工程和细胞培养专家Sebastien Cadau说，他的公司被Poietis系统提供的高分辨率所吸引。他说:“当涉及到用于皮肤护理的高级化妆品生物活性物质的开发和测试时，这可以更好地理解皮肤机制。”“例如，我们相信，得益于这项新技术，构建复杂的生物模式将变得更加容易。”其他预期的优势包括在体内临床研究前更高的可预测性，更高的通量研究(带来成本和时间节省)和更高的可重复性。“这种技术的优势在于，自动复制mimesskin组织只需要1-3天。”

Cadau相信，巴斯夫和Poietis的专业知识的结合将使他们能够快速识别出最佳细胞发育和自组织环境所需的成分。他说:“我们的目标是获得最接近人类皮肤的模型，使用各种真皮和表皮标记来表征未来的生物打印皮肤。”“我们将能够评估活性成分对既定目标的功效，这将帮助我们更好地了解未知的皮肤代谢途径。”

除了Mimeskin，巴斯夫与poietis的合作还将继续开发包含更多细胞类型的更先进的模型。我们首先关注的是成纤维细胞而且角化细胞，这是皮肤中的主要细胞，然后是其他真皮或表皮细胞类型，如内皮细胞,黑色素细胞或者免疫细胞，”卡多说。“掌握生物学的复杂性是一条永无止境的道路，但每一次技术进步都会增加我们的知识。在不久的将来，具有不同细胞表型的复杂结构可以被解决，例如皮脂腺或毛囊对自我组织的依赖也会减少。”

在Poietis的研究中，他们正在研究打印全层的人类真皮层和表皮，维勒罗贝暗示，尽管缺少一些生物学标记，但分开打印它们的结果很有希望。他补充说:“我们很有信心，随着时间的推移，我们将能够将这些层次组合在一起。”

anti-Frankenstein吗?

虽然最近的交易主要集中在使用3D生物打印皮肤进行化妆品测试，但所有相关公司也都在进一步研究。“应用领域没有限制，”卡多强调。“以前使用3D模型的应用程序都可以被3D生物打印模型取代，节省成本和时间。”生物打印技术还将对皮肤移植和患者医疗保健产生巨大影响。”

雷纳德强调，为医学研究和治疗应用设计和创造功能性的三维人体组织正是Organovo的目标。他说:“我们正在与制药公司和选定的合作伙伴合作，开发三维的人类生物疾病模型。”“这些3D人体组织有可能加速药物发现过程，使治疗方法开发得更快，成本更低。”因为我们的使命是构建用于实验室和临床的组织，我们希望在这一连续体中利用我们的研发投资。”

维斯瓦纳坦强调，3D打印皮肤可以彻底改变移植手术，使用少量细胞样本覆盖大面积，改变医疗程序本身。她说:“你有能力将细胞快速打印到伤口上，并使其更快地修复。”她强调了美国武装部队再生医学研究所在烧伤部位直接打印皮肤的研究，该研究由北卡罗来纳州温斯顿-塞勒姆的维克森林大学领导。她强调说:“因为这必须用于战斗，所以这项技术是便携式的。”

维勒罗布断言，与一些生物技术创新不同，使用3D生物打印技术使用患者自己的细胞提供替代身体部位是相对流行的。因此，除了传统的创业资金，Poietis希望在10月初通过众筹筹集60万欧元(43.6万英镑)．维勒罗布说:“每个人都能理解并看到它将对医疗保健有用。”“如果有人患有癌症，他们的部分皮肤被切除了，你可以从病人身上提取其他细胞，制造出在颜色、毛囊和血管化方面非常相似的组织。”也许你都看不到移植的部位。我们的终极目标是高精度打印出每种类型的细胞，从而制造出每种类型的组织或器官。”