一种3D打印皮肤支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种3D打印皮肤支架及其制备方法和应用，所述3D打印皮肤支架的材料按照重量份包括：丝素蛋白20～80重量份、胶原10～80重量份和交联剂0.5～10重量份；所述3D打印皮肤支架通过在材料中选择特定份数的丝素蛋白搭配特定份数的胶原，使得制备得到的3D打印皮肤支架兼具优异的机械强度、较高的渗透率及较高的抗张强度；并且所述3D打印皮肤支架采用的3D打印方法可以克服传统支架制造方法在形态和工艺一致性方面的限制，该方法制备得到的支架孔径、孔隙率、空间结构更符合组织工程要求。空间结构更符合组织工程要求。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印皮肤支架及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于组织工程支架
，具体涉及一种3D打印皮肤支架及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]皮肤是人体面积最大的器官，主要起着分泌排泄、调节人体温度、抗御细菌浸入、避免脱水等重要作用。健康皮肤具有复杂的结构和活跃的新陈代谢功能，由表皮层、真皮层和皮下组织三个部分构成。在日常生活中，由于溃疡、烧伤、手术及先天性畸形等造成皮肤缺损与异常，给患者带来了巨大的心理压力及生活上的严重不便，对于任何直径大于4cm的全层皮肤缺损，人体都无法通过自身来完全愈合。为了避免创面处营养流失及细菌感染，临床上通常用使用暂时性或永久性的皮肤替代品来覆盖损伤处。皮肤损伤修复治疗已经成为了一项全球性的公共卫生问题，由于免疫排斥及疾病传播等隐患的存在，临床上对皮肤替代物的要求越来越高。目前，临床上对于皮肤缺损的治疗方式分为三种：(1)自体皮肤移植；(2)异体皮肤移植；(3)异种皮肤或其它皮肤替代品移植。由于人体自身可用于移植的皮肤组织面积非常有限，而异体或异种皮肤组织移植又受到社会道德及卫生安全方面的限制。因而，传统的修复方法用于大面积皮肤损伤治疗时非常受限。
[0003]组织工程技术的发展为皮肤修复提出了新的技术方案。组织工程皮肤将在体外培养、繁殖的大量功能细胞混合到可以被人体降解并吸收的生物支架上形成细胞与生物材料的复合体，在生长因子的辅助作用下，复合体中的功能细胞不断增殖、分化的同时，支架随时间渐渐降解，最终形成了与原来组织同形态且具有活性的皮肤替代物。理想的组织工程皮肤支架须满足结构和材料两个要求。支架结构应具备高孔隙率、适宜的孔径、孔隙连通等特性，从而有利于细胞生长、营养物质的输送和氧气扩散等生命活动。支架材料应有利于细胞粘附，具有生物相容性，可被机体降解和吸收，有一定的力学强度，来源广泛，且无疾病传播风险。
[0004]目前常用的支架材料有丝素蛋白、胶原蛋白、透明质酸、壳聚糖、明胶等，丝素蛋白从蚕丝中提取的高分子纤维蛋白，它来源丰富，有良好的生物相容性、柔韧性、透气性和机械性，抗微生物，可缓慢生物降解，可加工成多种形式，且吸湿、保湿。丝素蛋白性质可通过调节β
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折叠含量而提高机械强度、减缓降解速率、保持结构特征。由于它来源广、易获取，再加上良好的细胞粘附性及韧性，成为了组织工程的常选材料，也常用于复合支架研究。而胶原是研究最多的材料之一，由成纤维细胞产生并广泛存在人体结缔组织中，是细胞的框架结构。其降解产物毒性小，生物相容性、机械剪切力、交联性能良好，抗原性低，较少引起炎症和细胞毒性反应，获取方法多。
[0005]CN106581753A公开了一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶及其制备方法，属于3D打印
，它由NCC1～15％、胶原65～98％、交联剂0.01～20％；将NCC、COL和交联剂采用溶液共混法搅拌均匀，待其完全交联后制得改性胶原蛋白皮肤支架材料。该专利技术使用的NCC和COL都为天然的高聚物，具有良好的生物相容性和生物可降解性；NCC作为增强填充
物，与交联剂共同作用使得改性胶原蛋白的断裂伸长率、强度、柔韧性及耐热性等均有所提高，同时也提高了植物纤维的附加值。解决了现有3D皮肤支架打印材料存在的生物相容性较差或力学性能不足的问题。CN108815574A公开了一种骨修复水凝胶支架，所述骨修复水凝胶支架包括高分子凝胶载体和矿化纳米骨颗粒，所述高分子凝胶载体包括高分子凝胶和基质金属蛋白酶响应肽链，所述高分子凝胶上直接交联基质金属蛋白酶响应肽链，所述骨修复水凝胶支架在紫外光激发下经过3D打印成型。另外，该专利技术还涉及一种骨修复水凝胶支架的制备方法。该专利技术所述骨修复水凝胶支架具有高孔隙率、机械强度，且可智能响应骨髓间充质干细胞或骨细胞体系和促进组织长入并诱导骨愈合，所述制备方法工艺简单，可以一次成型。CN112206358A公开了一种生物3D打印皮肤修复支架，包括呈水凝胶形式的依次叠加的表皮层、真皮层、皮下组织层；所述水凝胶组成包括海藻酸钠、明胶、胶原蛋白、透明质酸、弹性蛋白、层粘连蛋白、甘油等。皮肤修复支架还包括用于锁水、屏障的致密层。所述皮肤修复支架根据设定好的3D打印皮肤修复支架结构进行生物3D打印，所述设计的皮肤修复支架结构为：2～6层表皮层，6～20层真皮层，6～20层皮下组织层；所述3D打印层的相邻层的纤维方向呈正交打印，间隔层的纤维方向呈错位打印。该专利技术的皮肤修复支架通过各层不同的水凝胶组成配比，良好地模拟了皮肤结构，有效地促进了皮肤的修复。
[0006]但是，上述专利制备得到的支架在吸水后机械和结构稳定性差，机械拉伸力逐渐降低，可引起疾病传播或过敏反应，限制了其在某些领域的应用。
[0007]因此，开发一种力学性能优异、制备方法简单且更符合组织工程要求的3D打印皮肤支架，是本领域迫在眉睫需要解决的问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种3D打印皮肤支架及其制备方法和应用；所述3D打印皮肤支架的材料包括特定份数的丝素蛋白和胶原；通过将胶原和丝素蛋白的搭配，可以有效改善制备得到的3D打印皮肤支架的机械强度、渗透率、压缩模量及抗张强度；同时添加特定份数的交联剂可以改变其降解速度；且所述3D打印皮肤支架的制备方法可以克服传统方法制备得到的支架在形态和工艺一致性方面的限制，具有重要的研究意义。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种3D打印皮肤支架，所述3D打印皮肤支架的材料按照重量份包括如下组分：丝素蛋白20～80重量份、胶原10～80重量份和交联剂0.5～10重量份。
[0011]所述丝素蛋白可以为25重量份、30重量份、35重量份、40重量份、45重量份、50重量份、55重量份、60重量份、65重量份、70重量份或75重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0012]所述胶原可以为13重量份、16重量份、19重量份、23重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份、45重量份、50重量份、55重量份、60重量份、65重量份、70重量份或75重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0013]所述交联剂可以为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发
明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0014]本专利技术提供的3D打印皮肤支架的材料中添加有特定份数的丝素蛋白和胶原，通过胶原与其他丝素蛋白的配合，可改善最终得到3D打印皮肤支架的机械强度、渗透率、压缩模量及抗张强度；胶原还可以参与组织修复，已逐渐在烧伤、美容领域中得到应用，胶原的不同性能表现出对不同组织的适用性；同时添加特定份数的交联剂，可以改变3D打印皮肤支架降解速度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印皮肤支架，其特征在于，所述3D打印皮肤支架的材料按照重量份包括如下组分：丝素蛋白20～80重量份、胶原10～80重量份和交联剂0.5～10重量份。2.根据权利要求1所述的3D打印皮肤支架，其特征在于，所述丝素蛋白和胶原的质量比为1:(0.125～2)。3.根据权利要求1或2所述的3D打印皮肤支架，其特征在于，所述胶原包括Ⅰ型胶原和/或Ⅱ型胶原。4.根据权利要求1～3任一项所述的3D打印皮肤支架，其特征在于，所述交联剂包括N
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羟基琥珀酰亚胺/碳化二亚胺、硫酸肝素、叠氮二苯基膦、京尼平、戊二醛或己异二氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合。5.一种如权利要求1～4任一项所述3D打印皮肤支架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将丝素蛋白溶于缓冲液，得到丝素蛋白溶液；将胶原溶于缓冲液，得到胶原溶液；(2)将步骤(1)得到的丝素蛋白溶液、胶原蛋白溶液和交联剂混合，得到混合溶液；(3)将步骤(2)得到的混合溶液进行3D打印，得到所述3D打印皮肤支架。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)步骤(1)所述将丝素蛋白溶于缓冲液和将胶原溶于缓冲液中的缓冲液均为PBS缓冲液；优选地，所述PBS缓冲液通过如下方法制备得到，所述方法包括：将KCl、NaCl、KH2PO4和Na2HPO4溶于去离子水，调节pH、灭菌，得到所述PBS缓冲液。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量百分含量为3～5％；优选地，步骤(1)所述胶原溶液中胶原的质量百分含量为1～3％；优选地，步骤(2)所述混合在搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉林，唐京科，陈春，敖丹军，蔡君威，
申请(专利权)人：深圳市创想三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：