一种人工皮肤及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种人工皮肤及其制备方法。本发明专利技术以异种脱细胞真皮基质微粒为主要原料，通过3D打印技术，制得真皮层，再结合表皮层，制得人工皮肤。本发明专利技术人工皮肤的真皮层具有三维多孔结构，组成上保留了天然真皮基质的主要成分，结构上模拟了天然真皮基质在束直径和孔径上的分布结构，这种新型仿生真皮支架在诱导皮肤细胞迁移与再生、加速血管化、促进创面愈合和提高愈合质量等功能方面具有明显优势。本发明专利技术人工皮肤通过3D打印技术制得真皮层，结构控制精确，制备工艺简单，产品合格率高。

【技术实现步骤摘要】
一种人工皮肤及其制备方法
本专利技术属于生物医用材料
，具体涉及一种人工皮肤及其制备方法。
技术介绍
皮肤作为人体最大的器官，具有保持体液流失和生物屏障等功能。烧伤、烫伤、外伤和溃疡等造成的大面积皮肤缺损的治疗是临床上面临的重大难题，通过手术植入皮肤替代物可以加快愈合速度，为主要治疗方法。然而，自体、异体和异种(如猪、牛等)皮移植存在来源有限、免疫排斥和易传播疾病等不足与缺陷；异种脱细胞真皮基质生物敷料有效降低了免疫原性，但是由于真皮基质网状基底膜结构的破坏以及与创面贴合不充分等而影响临床效果；商品化的人工皮肤如Integra、PELNAC和LANDO等一定程度模拟了皮肤真皮支架结构，临床效果较好，但由于人工皮肤组分和结构的仿生程度不足，在创面愈合质量如减少瘢痕形成和促进皮肤附属器再生等方面还存在诸多挑战。因此，研发一种能促进创面愈合并能提高愈合质量的人工皮肤具有十分重要的意义。人天然皮肤组织学研究表明，天然真皮基质中的胶原蛋白呈束状，胶原束间相互交织形成三维网状结构，在同一水平面上向各个方向延伸，有利于血管化和自体细胞长入。同时，三维网状结构在束直径和孔径上呈现规律分布，即上部(近表皮层)胶原束直径小，三维网状结构的孔径较小；下部胶原束直径大，三维网状结构的孔径较大。这为人工真皮支架的仿生提供了结构基础。胎儿无瘢痕愈合研究已证实，胎儿真皮基质中胶原束直径较小，胶原束间孔径较小，创面愈合后的胶原支架与周围正常组织相似，从而实现无瘢痕愈合；而成人真皮基质中的胶原束直径较大，胶原束间孔径较大，创伤愈合后网状结构消失，胶原束呈与创面垂直排列，导致瘢痕形成。可见，真皮基质中三维网状的规律分布结构对无瘢痕愈合至关重要。同时，在胎儿无瘢痕愈合过程中，透明质酸含量始终保持在一个较高的水平，而在异常瘢痕中透明质酸的水平下降，这说明透明质酸水平也会影响无瘢痕愈合。现有的人工真皮支架，在制备工艺、支架结构和效果方面存在诸多挑战。制备工艺上，传统工艺以冷冻干燥为主，虽工艺简单，但原料利用率和支架合格率低，且难以制备接近天然真皮支架的复杂结构。支架结构上，现有人工真皮支架仅仅粗略的模拟了真皮基质中的三维网状结构，大多为单一结构，少有的仿生结构又因基于冻干技术而受限，且结构仿生程度很有限。效果方面，致密的支架抗瘢痕效果好，但会限制成细胞迁移速率，导致血管化速率慢，疏松的支架有利于血管和成细胞的快速长入，但后期抗瘢痕效果较差。三维打印技术可以实现精细化成型，制备既定结构、尺寸和厚度的个性化支架，通过改变打印针管的纤维直径和间隔宽度可以控制其孔径和降解速率。异种脱细胞真皮基质有效降低了免疫原性，保留了真皮基质中主要有效成分，具有良好的生物相容性，微粒化的异种脱细胞真皮基质易于制备成凝胶，可以高度匹配三维打印技术制备真皮支架。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种人工皮肤及其制备方法。本专利技术以异种脱细胞真皮基质微粒为主要原料，通过3D打印技术，制得与天然真皮基质具有相似孔径分布的双层真皮层，再结合表皮层，制得人工皮肤。本专利技术第一方面提供了一种人工皮肤的制备方法，包括如下步骤：S1、配制异种脱细胞真皮基质微粒溶液，转入打印针筒，真空脱泡，组装，得到异种脱细胞真皮基质凝胶；S2、构建真皮层三维结构模型，设置打印参数，打印S1中得到的异种脱细胞真皮基质凝胶，所得打印产物依次经过酒精浸泡、冷冻干燥、戊二醛蒸汽交联、热交联、解析工艺，得到真皮层；S3、将S2中得到的真皮层和表皮层结合，得到人工皮肤。优选地，步骤S1中，所述异种脱细胞真皮基质凝胶的原料包括异种脱细胞真皮基质微粒和溶剂；所述异种脱细胞真皮基质微粒的粒径为10～400μm，以占异种脱细胞真皮基质凝胶的质量百分比计，所述异种脱细胞真皮基质微粒的浓度为10～30％(w/w)；所述溶剂为醋酸水溶液、磷酸盐缓冲液、六氟异丙醇中的一种或几种。优选地，步骤S1中，所述异种脱细胞真皮基质凝胶的原料还包括透明质酸，以占异种脱细胞真皮基质凝胶的质量百分比计，所述透明质酸的浓度为0.1～2％(w/w)。本专利技术所述异种脱细胞真皮基质凝胶由溶质和溶剂组成，所述溶质可以是异种脱细胞真皮基质，也可以是异种脱细胞真皮基质和辅料的混合物，本专利技术中进一步尝试了以透明质酸作为辅料制备得到异种脱细胞真皮基质束。优选地，步骤S1中，所述组装的条件为：温度0～37℃、湿度40％～80％、组装时间12～48h。优选地，步骤S2中，所述真皮层为双层三维多孔支架，包括与创面接触的真皮层下层和与表皮层结合的真皮层上层，所述真皮层下层和真皮层上层分别由两个喷嘴打印异种脱细胞真皮基质凝胶形成的纤维构成。优选地，所述真皮层下层的打印参数为：纤维直径为100～200μm，喷嘴的移动速度为0.5～20mm/s，纤维间距为100～200μm，打印气压为5～50kPa，打印平台的温度为-4～20℃，真皮层下层的厚度为2000～4000μm；所述真皮层上层的打印参数为：纤维直径为20～100μm，喷嘴的移动速度为0.5～20mm/s，纤维间距为20～100μm，打印气压为5～50kPa，打印平台的温度为-4～20℃，真皮层上层的厚度为500～1000μm。优选地，步骤S2中，所述酒精浸泡的工艺条件为：采用体积浓度10～20％的酒精在0～4℃下浸泡12～48h；所述戊二醛蒸汽交联的工艺条件为：在温度37～52℃、戊二醛蒸汽浓度10～30％的条件下交联2～5h；所述热交联工艺条件为：于100～110℃、10～150Pa的条件下交联12～48h；所述解析工艺条件为：解析温度37～52℃，解析时间2～5d。优选地，步骤S3中，所述表皮层为医用微孔硅胶膜。优选的，步骤S3中，所述医用微孔硅胶膜与真皮层上层采用粘合剂结合，所述粘合剂优选为生物相容性良好的制剂，例如α-氨基丙烯酸酯、硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯粘合剂等。本专利技术第二方面提供了一种人工皮肤，所述人工皮肤的真皮层与人皮肤天然真皮层具有相似束直径和孔径分布，由以上所述的制备方法制得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术人工皮肤的真皮层，以来源安全广泛、免疫原性低、生物相容性良好的异种脱细胞真皮基质微粒为主要原料，有助于细胞的迁移和再生；同时，微粒化的异种脱细胞真皮基质有利于打印凝胶的制备，提高打印产品的稳定性和合格率。2、透明质酸具有良好的生物相容性和保水作用，有利于打印凝胶的制备；愈合过程中，随着支架的逐渐降解而释放，提高创面周围透明质酸浓度，从而提高人工皮肤的抗瘢痕效果。3、本专利技术人工皮肤的真皮层为三维网状结构，在束直径和孔径上与人皮肤天然真皮基质相似。真皮层下层的束直径较大，孔径较大，有利于成细胞的快速迁移和再生，加速血管化，促进创面愈合；真皮层上层的束直径较小，孔径较小，在愈合后期发挥良好的抗瘢痕作用。4、本专利技术人工皮肤的真皮层，通过3D打印技术制得，结构控制精确，制备工艺简单，产品合格率高。针对打印产物制定的后处理工艺，有利于提交打印产物的稳定性，极大程度保持打印产物原有结构：酒精浸泡可以提高打印产物结晶度，促进固化，并在冷冻干燥过程中发挥抗冻作用，防止产物被冻裂；采用戊二醛蒸汽交联，工艺简单，避免了溶液交联进行二次冻干对产品造成的损坏；真空热交联具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工皮肤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、配制异种脱细胞真皮基质微粒溶液，转入打印针筒，真空脱泡，组装，得到异种脱细胞真皮基质凝胶；S2、构建真皮层三维结构模型，设置打印参数，打印S1中得到的异种脱细胞真皮基质凝胶，所得打印产物依次经过酒精浸泡、冷冻干燥、戊二醛蒸汽交联、热交联、解析工艺，得到真皮层；S3、将S2中得到的真皮层和表皮层结合，得到人工皮肤。

【技术特征摘要】
1.一种人工皮肤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、配制异种脱细胞真皮基质微粒溶液，转入打印针筒，真空脱泡，组装，得到异种脱细胞真皮基质凝胶；S2、构建真皮层三维结构模型，设置打印参数，打印S1中得到的异种脱细胞真皮基质凝胶，所得打印产物依次经过酒精浸泡、冷冻干燥、戊二醛蒸汽交联、热交联、解析工艺，得到真皮层；S3、将S2中得到的真皮层和表皮层结合，得到人工皮肤。2.如权利要求1所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述异种脱细胞真皮基质凝胶的原料包括异种脱细胞真皮基质微粒和溶剂；所述异种脱细胞真皮基质微粒的粒径为10～400μm，以占异种脱细胞真皮基质凝胶的质量百分比计，所述异种脱细胞真皮基质微粒的浓度为10～30％；所述溶剂为醋酸水溶液、磷酸盐缓冲液、六氟异丙醇中的一种或几种。3.如权利要求1所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述异种脱细胞真皮基质凝胶的原料还包括透明质酸，以占异种脱细胞真皮基质凝胶的质量百分比计，所述透明质酸的浓度为0.1～2％。4.如权利要求1所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述组装的条件为：温度0～37℃、湿度40％～80％、组装时间12～48h。5.如权利要求1所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述真皮层为双层三维多孔支架，包括与创面接触的真皮层下层和与表皮层结合的真皮层上层，所述真皮层下层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶红川，周雄，胡汉民，
申请(专利权)人：湖北中部医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42