一种3D打印皮肤模型及其构建方法技术

本发明专利技术提供一种3D打印皮肤模型及其构建方法，属于组织工程技术领域。3D打印皮肤模型的皮下脂肪层设置有多个内部贯通的第一通孔，第一通孔贯穿皮下脂肪层的上下两侧，真皮层设置有多个内部贯通的第二通孔，第二通孔的内径从上到下依次增大。3D打印皮肤模型的构建方法，包括如下步骤：提取患者的皮肤影像，并进行三维重建，得到三维数字模型或直接构建皮肤模型的三维数字模型。根据三维数字模型以Z型或者单段式打印路径依次打印支撑结构、皮下脂肪层、真皮层和表皮层得3D打印皮肤模型。使用培养基培养3D打印皮肤模型。此构建方法得到的3D打印皮肤模型能够使细胞均分在材料中，得到的皮肤模型更接近人体真实皮肤结构。

A 3D Printing Skin Model and Its Construction Method

The invention provides a 3D printing skin model and its construction method, which belongs to the field of tissue engineering technology. The subcutaneous adipose layer of the 3D printed skin model is provided with multiple first through holes, the first through holes run through the upper and lower sides of the subcutaneous adipose layer, and the dermis is provided with multiple second through holes, and the inner diameter of the second through holes increases in turn from top to bottom. The construction method of 3D printing skin model includes the following steps: extracting the skin image of patients, and reconstructing the three-dimensional digital model, obtaining the three-dimensional digital model or directly constructing the three-dimensional digital model of skin model. According to the three-dimensional digital model, the three-dimensional printing skin model was obtained by printing the supporting structure, subcutaneous fat layer, dermis and epidermis in turn with Z-type or single-stage printing path. Three-dimensional printing skin model was cultured in culture medium. The 3D printed skin model obtained by this method can make cells evenly distributed in the material, and the obtained skin model is closer to the real skin structure of human body.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印皮肤模型及其构建方法
本专利技术涉及组织工程
，具体而言，涉及一种3D打印皮肤模型及其构建方法。
技术介绍
皮肤是人体最大的器官，具有重要的物理、化学和生物学屏障功能。由创伤、烧伤及不愈合溃疡导致的全层皮肤缺损在临床上十分常见。相较于传统的治疗方法，皮肤替代物的出现为皮肤缺损的治疗提供了一条较为理想的途径，通过皮肤替代物的移植，可以提高创面的修复效果和愈合质量。但目前市售的该类产品，材料性能较差、功能简单，且制备工艺复杂、生产保存及运输成本高昂、难以实现高效的个体化定制和临床推广。近年来，随着生物科技及组织工程技术的不断发展，各种皮肤替代物制备技术不断涌现。其中，集成了材料和细胞技术的生物3D打印技术最具发展前景，其可以根据受损皮肤结构特点，打印出高度仿生的组织工程皮肤支架，实现创面的及时修复，明显缩短皮肤修复的时间，改善手术效果，避免二次损伤和免疫排斥的发生。另外，在体外毒理测试方面，传统的安全性评价主要采用动物模型，但动物实验存在评价周期长、重复性差以及种属差异等缺点。而3D皮肤模型由于高度模拟人体真实皮肤，且具有实验条件可控和结果易于定量等优点而日益受到重视。现有的3D打印得到的皮肤模型与真实皮肤差距较大。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种3D打印皮肤模型，便于血管的分布构建，得到接近真实皮肤的皮肤模型。本专利技术的第二目的在于提供一种3D打印皮肤模型的构建方法，分层进行打印构建，得到的皮肤模型便于血管的分布构建，得到接近真实皮肤的皮肤模型。基于上述第一目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种3D打印皮肤模型，包括从上到下依次设置的表皮层、真皮层、皮下脂肪层和支撑结构；皮下脂肪层设置有多个内部贯通的第一通孔，第一通孔贯穿皮下脂肪层的上下两侧，真皮层设置有多个内部贯通的第二通孔，第二通孔的内径从上到下依次增大。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述支撑结构包括基础层和加高层，加高层绕设于基础层的边缘形成凹槽，表皮层、真皮层和皮下脂肪层从上到下依次设置于凹槽内。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述加高层包括多层从上到下依次设置的加高单元，每个加高单元具有间隔设置的多个加高件，相邻两个加高单元的加高件交错连接。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述加高层包括多个从上到下依次设置的加高单元，每个加高单元包括温敏性的第一加高件和非温敏性的第二加高件，第一加高件和第二加高件间隔连接。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述皮下脂肪层和真皮层均设置有多层，第二通孔的远离表皮层的一端的孔径为10～200μm，第二通孔的远离皮下脂肪层的一端的孔径为0.4μm～40um。基于上述第二目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种上述3D打印皮肤模型的构建方法，包括如下步骤：(1)、提取人体的皮肤影像，并进行三维重建，得到三维数字模型或直接构建皮肤模型的三维数字模型；(2)、根据三维数字模型以Z型或者单段式打印路径依次打印支撑结构、皮下脂肪层、真皮层和表皮层得3D打印皮肤模型；(3)、使用培养基培养3D打印皮肤模型。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述打印支撑结构的材料选自合成高分子材料、天然细胞外基质材料和合成高分子材料与天然细胞外基质材料的复合材料中的一种；合成高分子材料选自聚己内酯、左旋聚乳酸、外消旋聚乳糖、聚乳酸－羟基乙酸共聚物中的一种；天然细胞外基质材料选自壳聚糖、胶原、明胶中的一种。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述打印皮下脂肪层的材料为脂肪层生物墨水；脂肪层生物墨水包括脂肪层基质材料、脂肪层种子细胞和脂肪层活性因子；脂肪层基质材料包括天然细胞外基质和生物降解聚合物；天然细胞外基质选自胶原、明胶、丝素蛋白、蚕丝蛋白、透明质酸、纤维蛋白原、海藻酸、纤维素、淀粉、甲壳素和壳聚糖中的至少两种；生物降解聚合物选自聚乳酸－羟基乙酸共聚物、聚乳酸、聚乙烯乙二醇双丙烯酸酯、聚乙醇酸和聚对苯二甲酸乙二醇酯的其中一种；脂肪层种子细胞包括脂肪间充质干细胞；脂肪层活性因子包括IBMX、生物素、胰岛素和吲哚美辛；IBMX的浓度为0.1～1.0mol/ml，生物素的浓度为0.1～1.5mmol/ml，胰岛素的浓度为5～15mol/ml，吲哚美辛的浓度为100～200mmol/ml。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述打印真皮层的材料为真皮层生物墨水；真皮层生物墨水包括真皮层基质材料、真皮层种子细胞和真皮层活性因子；真皮层基质材料为天然蛋白高分子材料或天然多糖材料或改性水凝胶材料；天然蛋白高分子材料选自胶原、明胶、丝素和纤维蛋白原水凝胶中的一种；天然多糖材料选自海藻酸、纤维素、淀粉、甲壳素和壳聚糖中的一种；真皮层种子细胞包括成纤维细胞和血管内皮细胞，所述成纤维细胞和所述血管内皮细胞比例为2：1～5：1；真皮层活性因子选自VEGF、bFGF、aFGF、HGF、PDGF、PDGF或其衍生蛋白中的一种；VEGF的浓度为6～25ng/ml，bFGF的浓度为0.1～1.0mg/ml，aFGF的浓度为0.1～2.0mg/ml，HGF的浓度为20～40ng/ml，PDGF的浓度为0.1～1.0mg/ml。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述打印表皮层的材料为表皮层生物墨水；表皮层生物墨水包括表皮层种子细胞和表皮层活性因子；表皮层种子细胞包括角质形成细胞、黑素细胞和毛囊干细胞；表皮层活性因子包括适合角质形成细胞生长的HKGS、胰岛素、bFGF、EGF、氢化可的松、转铁蛋白、谷氨酰胺、维生素C和氯化钙，适合黑素细胞生长的HGF和ET－1以及适合毛囊干细胞生长的FGF－1和FGF－2；HKGS的浓度为10～100mg/ml，胰岛素的浓度为5.0～55ng/ml，EGF的浓度为0.1～15.0ng/ml，bFGF的浓度为0.1～1.0mg/ml，氢化可的松的浓度为0.1～5.0μg/ml，转铁蛋白的浓度为5.0～55.0ng/ml，谷氨酰胺的浓度为0.2～22.0g/l，维生素C的浓度为20～30ng/ml，氯化钙的浓度为0.1Mm～20Mm；HGF的浓度为20～40ng/ml，ET－1的浓度为1.0～20ng/ml；FGF－1的浓度为10～20pg/ml，FGF－2的浓度为20～40pg/ml。与现有技术相比，本专利技术的较佳实施例提供的3D打印皮肤模型的有益效果包括：进行分层设置，皮下脂肪层设置有多个内部贯通的第一通孔，第一通孔贯穿皮下脂肪层的上下两侧，设置多个第一通孔且多个第一通孔的内部贯通，能够仿生皮肤脂肪层的血管分布结构，便于形成血管通道，促进血管生成及再生、营养物质的输送和代谢废物的排出。真皮层设置有多个内部贯通的第二通孔，第二通孔的内径从上到下依次增大，便于形成血管通道，符合人体真实皮肤的结构。本专利技术提供的3D打印皮肤模型的构建方法的有益效果包括：能够得到上述3D打印皮肤模型，便于形成血管通道，符合人体真实皮肤的结构。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本专利技术的保护范围。图1为本专利技术实施例1提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印皮肤模型，其特征在于，包括从上到下依次设置的表皮层、真皮层、皮下脂肪层和支撑结构；所述皮下脂肪层设置有多个内部贯通的第一通孔，所述第一通孔贯穿所述皮下脂肪层的上下两侧，所述真皮层设置有多个内部贯通的第二通孔，所述第二通孔的内径从上到下依次增大。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印皮肤模型，其特征在于，包括从上到下依次设置的表皮层、真皮层、皮下脂肪层和支撑结构；所述皮下脂肪层设置有多个内部贯通的第一通孔，所述第一通孔贯穿所述皮下脂肪层的上下两侧，所述真皮层设置有多个内部贯通的第二通孔，所述第二通孔的内径从上到下依次增大。2.根据权利要求1所述的3D打印皮肤模型，其特征在于，所述支撑结构包括基础层和加高层，所述加高层绕设于所述基础层的边缘形成凹槽，所述表皮层、所述真皮层和所述皮下脂肪层从上到下依次设置于所述凹槽内。3.根据权利要求2所述的3D打印皮肤模型，其特征在于，所述加高层包括多层从上到下依次设置的加高单元，每个加高单元具有间隔设置的多个加高件，相邻两个加高单元的所述加高件交错连接。4.根据权利要求2或3所述的3D打印皮肤模型，其特征在于，所述加高层包括多个从上到下依次设置的加高单元，每个所述加高单元包括温敏性的第一加高件和非温敏性的第二加高件，所述第一加高件和所述第二加高件间隔连接。5.根据权利要求1～3任一项所述的3D打印皮肤模型，其特征在于，所述皮下脂肪层和所述真皮层均设置有多层，所述第二通孔的远离所述表皮层的一端的孔径为10～200μm，所述第二通孔的远离所述皮下脂肪层的一端的孔径为0.4μm～40um。6.一种权利要求1～5任一项所述的3D打印皮肤模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、提取人体的皮肤影像，并进行三维重建，得到三维数字模型或直接构建皮肤模型的三维数字模型；(2)、根据所述三维数字模型以Z型或者单段式打印路径依次打印支撑结构、皮下脂肪层、真皮层和表皮层得所述3D打印皮肤模型；(3)、使用培养基培养所述3D打印皮肤模型。7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，打印所述支撑结构的材料选自合成高分子材料、天然细胞外基质材料和合成高分子材料与天然细胞外基质材料的复合材料中的一种；所述合成高分子材料选自聚己内酯、左旋聚乳酸、外消旋聚乳糖、聚乳酸－羟基乙酸共聚物中的一种；所述天然细胞外基质材料选自壳聚糖、胶原、明胶中的一种。8.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，打印所述皮下脂肪层的材料为脂肪层生物墨水；所述脂肪层生物墨水包括脂肪层基质材料、脂肪层种子细胞和脂肪层活性因子；所述脂肪层基质材料包括天然细胞外基质和生物降解聚合物；所述天然细胞外基质选自胶原、明胶、丝素蛋白、蚕丝蛋白、透明质酸、纤维蛋白原、海藻酸、纤维素、淀粉、甲壳素和壳聚糖中的至少两种；所述生物降解聚合物选自聚乳酸－羟基乙酸共聚物、聚乳酸、聚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铭恩，王玲，石然，王丹，
申请(专利权)人：杭州捷诺飞生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33