有抱负的外科医生可能很快就能在可拉伸、逼真的3D打印皮肤上进行训练，这种皮肤在被切割时会渗出血液和脓液。
明尼苏达大学双城分校的研究人员开发的一种新型可打印材料，能更精确地模仿人体组织的适应性。它利用了现代生物打印技术的进步，能够生产出逼真且硬度可根据其在身体上的位置和预期运动方向而变化的组织。为了增加真实感，研究人员将填充液体的微胶囊融入打印材料中，以模拟体液的释放。
研究人员认为，他们的新型3D打印组织未来可以进行改编和定制，以帮助创建各种人造器官。这些按需提供的逼真替代品有可能加快医疗专业人员的培训。这项本周在《科学进展》杂志上详细介绍的进展，只是一系列突出逼真合成皮肤研究中的最新一项，这些研究表明合成皮肤已经变得多么逼真。
“这种方法为创建更逼真的外科手术训练模型打开了大门，这最终可以改善医疗结果，”明尼苏达大学机械工程系的博士毕业生、该论文的第一作者 Adarsh Somayaji 在一份声明中说道。
让假皮肤感觉真实
在医疗环境中，假皮肤的应用可以追溯到几个世纪前。如今的假皮肤通常是通过将各种合成材料铸成身体形状来制造的。这些模型是培训外科医生的宝贵工具，但它们在模拟切割真实人体皮肤方面还远远不够。明尼苏达大学的研究人员认为，现代3D生物打印机可以改变这一点，提供一种创建更具结构准确性和患者特异性器官模型的方法。
为此，研究人员首先开发了一个数学模型，以预测他们的打印组织在现实世界中的行为。该模型有助于确保皮肤能够准确地复制不同身体部位的拉伸性、硬度和强度的变化。
研究人员发布的一段延时视频显示，生物打印机正在打印合成皮肤层，并在层与层之间嵌入填充液体的胶囊。然后，其中一位研究人员用剃刀片切割了皮肤（该皮肤安装在一个人体模型的手臂上）。嵌入层间的假血在切口处喷涌而出，以令人毛骨悚然的细节重现了真实出血的感觉。
到目前为止，打印的皮肤似乎正在按预期运行。在练习会话后进行的调查中，外科医生报告称，与他们通常使用的传统假皮肤相比，他们更喜欢这种皮肤的触觉反馈和切割反应。
“我们预计这些工具可以帮助缩小组织模拟物与真实人体组织在真实感和机械保真度方面的差距，从而提高医疗培训和教育的质量以及手术结果，”研究人员写道。
我们正迅速迈入可打印身体部件的时代
近年来，模拟合成皮肤已经迅速从科幻概念发展到现实应用。今年夏天早些时候，剑桥大学和伦敦大学学院的研究人员开发了一种新型的响应式合成皮肤，该皮肤由单一的水凝胶制成，能够感知触摸、压力、加热、冷却甚至损伤。研究人员表示，最终，这种反应性皮肤可以帮助人形机器人“感受”周围的世界。
同样，来自格拉茨技术大学和印度维洛尔理工学院（VIT）的研究人员正在开发一种人造动物皮肤，该皮肤由3D打印的水凝胶层组成，并用活体人类细胞加固。尽管仍处于研究阶段，但该团队相信它能够足够准确地模仿人体皮肤，从而取代目前化妆品测试中对动物皮肤的需求。
这些进展与用于制造它们的底层硬件的改进同步发生。现代生物打印机，例如由墨尔本大学的研究人员开发的一种，可以生产多种类型的结构，模仿从柔软的皮肤到更坚硬的软骨和骨骼的广泛组织。
所有这些的最终目标是既能改进未来专业人士的培训材料，又能有一天可能生产出成品器官，为有需要的患者提供移植。
“尽管在扩大生产规模方面仍存在挑战，但我们认为这种3D打印方法在低产量、高复杂度的培训场景中具有强大潜力，”Somayaji 补充道。
