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创面皮肤如何再生修复?青岛大学全球首创4D打印干细胞载体技术

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  • 发布时间:2021-11-18 14:07
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创面皮肤如何再生修复?青岛大学全球首创4D打印干细胞载体技术

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近日,在第七届山东省“互联网+”大学生创新创业大赛上,由青岛大学检验系副主任徐文华教授指导,2019级临床检验诊断学硕士研究生王子博带领的创业团队“肤源奇——全球4D打印干细胞载体的引领者”荣获金奖并位列高教主赛道研究生创意组第一名。由工信部、财政部共同举办的第六届“创客中国”中小企业创新创业大赛公示50强名单中,徐文华团队的“4D打印干细胞载体”项目榜上有名。

这是青岛大学科研团队在全球首次提出用4D打印干细胞载体植入创伤处的核心技术。徐文华在接受科技日报记者采访时表示,该技术为帮助烧伤患者移植皮肤,解决皮肤灼伤、创面大面积受损这一问题提供了治疗新思路。

解读4D打印干细胞载体技术

4D打印技术,在传统的3D打印基础上新增“时间”维度,使得其打印制品可以随外界环境的改变而产生形变。

徐文华介绍,从2012年起,他们团队就开始进行载体研发工作并取得一些成果。她研究发现,从虾蟹外壳和藻类中提取的两种物质经过一系列处理之后,很适合做干细胞的载体。因为这种载体保水性强,可以较好保持干细胞的活性;载体中所含物质本身具有抗菌消炎作用,且不易产生免疫排斥反应;载体在37℃左右可以自动变成凝胶状态,后期还可以慢慢降解被人体吸收。

不过,在临床治疗中,干细胞必须达到一定数量才能起到较好的修复效果,如何转载更多的干细胞呢?徐文华团队首先想到了3D打印技术。

他们利用微纳3D打印系统,把载体材料打印成一个个直径在50纳米到100纳米之间的孔,每个孔可以容纳1到2个干细胞,这样就可以让干细胞均匀分布在载体上。根据患者皮肤损伤的严重程度,他们可以通过建模来进行“个性化定制”,将载体打印成若干层,以便转载相应需求量的干细胞。

徐文华告诉记者,而4D打印,就是在3D打印基础上增加了“时间”这一维度,即载体能够随着时间变化而发生形状改变。低温下打印出的载体是固体状态,加载干细胞并放置到人体创面上之后,载体逐渐变成凝胶状态,从而紧密贴合创面。

“这种新型4D打印干细胞载体孔径均一、形状可调,像多个小房间一样将干细胞包裹在内,可显著提高细胞转载量,且载体可被人体自然吸收,应用过程无需手术,且不易留疤痕。”徐文华说,4D打印干细胞载体技术,类似于一种“创可贴”技术,无需植皮手术,用这种“创可贴”把干细胞“贴上去”,就能实现创面皮肤的快速再生修复。

这项首创技术成果正在进入二期临床试验

“学校医学教育优势明显,读研时我毫不犹豫地选择了母校。”在青岛大学求学已经有7年时光的该项目负责人王子博告诉科技日报记者,这项全球首个依托4D打印研发新型干细胞载体并进行创面修复的核心技术,旨在用新型干细胞载体帮助烧伤患者移植皮肤,解决皮肤灼伤、创面大面积受损这一问题。

据统计,国内每年皮肤灼伤人群约有2600万人,皮肤灼伤率为意外受伤的第4位,严重的灼伤会给伤者及其亲属带来无可估量的身体、心理双重伤害,将会产生长时间的社会、家庭负担。

王子博表示,目前,常用的皮肤灼伤修复方式有两种:“一种是植皮手术,用健康的皮肤移植,反复取皮、植皮,患者痛苦度高,也容易留下永久疤痕;还有一种是使用人工修复材料,现在主要依靠国外进口,治疗费用高、修复周期长。”

要解决这一难题,就需要找到合适的修复材料。近年来,干细胞已成为全球再生修复领域的研究热点,这为大家提供了新的思路。

随着研究的不断深入,青岛大学科研团队提出了采用4D打印技术研发新型干细胞载体的构想,并为这个新型干细胞载体起名为“肤源奇”。相比3D技术,4D技术新增了时间维度,能够随着时间变化让打印制品的形状发生改变。

“这样做,能够让干细胞随着人体体温的变化,从固态演变为凝胶状,增加细胞驻留性,可以帮助细胞留在创面上,不易脱落。”王子博作了一个形象的比喻,“肤源奇”就像创可贴一样,能够贴在灼伤处,无需缝合且费用低廉,可显著降低患者痛苦,缩短修复周期。

相比于皮肤损伤的传统修复方法,4D打印干细胞载体项目无需手术,能够减少患者的痛苦和医护人员的工作量;载体材料来自于天然海洋提取物,在成本方面也有很大优势;治疗效果和预后效果也更好。徐文华介绍,如今,该项目的临床前期实验已经完成,已授权8项国内外发明专利,受通PCT专利10项,发表高水平SCI论文15篇,还与山东大学齐鲁医院、青岛市中心医院、河南省人民医院等十余家医疗机构达成了战略合作。

“目前,一期应用数据显示,超85%患者应用效果良好,部分患者因自身较为虚弱、免疫能力较差及创面损伤程度较重的因素,恢复周期较长。现在,该项目正在进行二期临床试验。”徐文华自信地说,“据调研,我们是国内首个利用4D生物打印技术制备干细胞载体并已获授权发明专利的团队,在全国范围内处于领先地位。”

这项创新技术成功的背后与面临的困难

“这项创新技术能够荣获金奖并位列高教主赛道研究生创意组第一名,得益于青岛大学构建‘3+5’创新创业教育生态体系。”青岛大学团委书记马林刚表示,学校高度重视创新创业教育,把创新创业教育作为推动人才培养范式深刻变革的重要抓手,打造教育平台、众创空间平台、孵化平台“三大平台”和课程体系、训练体系、孵化体系、导师+体系、基金项目体系“五大体系”,构建“全过程、广覆盖、普受益、可持续”的综合性研究型大学创新创业生态,助力高素质创新型人才培养,构建起了“课堂+实践+竞赛”三位一体的创新创业组织模式,每年立项大创项目1100项,在校生大创项目和学科竞赛参与率超过50%,建立校院联动、部门协同双创教育机制,营造氛围,设立年度大创项目和创新实验专项经费415万元,争取社会资源,校友企业杰正集团设立500万元“杰正创新创业奖励基金”。

相比于皮肤损伤的传统修复方法,4D打印干细胞载体项目无需手术,能够减少患者的痛苦和医护人员的工作量;载体材料来自于天然海洋提取物,在成本方面也有很大优势;治疗效果和预后效果也更好。徐文华说,这项创新技术成果可应用于治疗皮肤灼伤、糖尿病腿糜烂、角膜碱烧伤以及医美领域。

然而,这项创新技术面临着成果市场化转化的困难。徐文华表示,国内目前对干细胞产品的审核流程较为严格,他们需进一步追踪相关政策的变化,保证产品上市的审批流程能够顺利进行;同时,他们团队需要做完临床试验,进一步完善临床应用数据,并获得相应的三类医疗器械备案证。

“考虑到这是一种全新的治疗技术,需要进一步在各大医院普及应用干细胞载体的操作方法,完善院内应用体系。”徐文华说。

 

来源:科技日报

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