一種具有防水透氣功能的仿生人工皮膚及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于組織工程生物醫(yī)用材料和醫(yī)療器械領(lǐng)域，涉及一種具有防水透氣功能的仿生人工皮膚及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的人工真皮替代材料有異種脫細(xì)胞真皮基質(zhì)、不含細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)真皮替代物、含異體細(xì)胞的真皮替代物。臨床應(yīng)用中都各有優(yōu)缺點(diǎn)，異種脫細(xì)胞真皮基質(zhì)是異種來(lái)源的永久性真皮替代物開(kāi)發(fā)最早，要缺點(diǎn)在于缺乏活的成纖維細(xì)胞，膠原可能引起免疫反應(yīng)，且有傳播病毒的危險(xiǎn)，含異體細(xì)胞的真皮替代物材料存在保存困難、應(yīng)用成本高等缺點(diǎn)，不含細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)真皮替代物是最常用的人工皮膚替代材料。
[0003]美國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多款細(xì)胞外基質(zhì)真皮替代物，比如Integra開(kāi)發(fā)了一種不含細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)真皮替代物，它是由戊二醛交聯(lián)的牛I型膠原與6-硫酸軟骨素及氨基葡萄糖構(gòu)成“真皮”，“表皮”為硅橡膠薄膜。將這種雙層膜狀物質(zhì)放在創(chuàng)面上，14?46d后撕去硅膠膜，植上薄的網(wǎng)狀皮片，這種人工皮膚能誘發(fā)成纖維細(xì)胞長(zhǎng)入及血管長(zhǎng)入。Integra有利于創(chuàng)面組織的浸潤(rùn)生長(zhǎng)，易于血管化且不易降解，在治療大面積燒傷創(chuàng)面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)用的最大缺點(diǎn)是不如自體移植的皮膚具有彈性和柔軟度，且需要二次植皮操作。B1brane也開(kāi)發(fā)了一款人工皮膚，為雙層膜狀物，外層是硅膠薄膜，內(nèi)層為部分埋入其中的尼龍纖維網(wǎng)，網(wǎng)孔中充滿膠原。B1brane特殊結(jié)構(gòu)使它可以有效的減少換藥次數(shù)，避免傷口過(guò)于頻繁的暴露于外界而致感染，為表皮化修復(fù)提供了穩(wěn)定的環(huán)境，但同樣需要二次植皮操作。
[0004]我國(guó)在皮膚缺損治療領(lǐng)域的發(fā)展較晚，2009年佘振定開(kāi)發(fā)了一款生物因子緩釋型雙層人工皮膚(專利公開(kāi)號(hào)CN101716376A)，具有表皮層和真皮層結(jié)構(gòu)，表皮層由與空氣接觸的上層和與真皮接觸的下層的微孔半滲透性雙層薄膜，真皮層為膠原蛋白，多糖和載生長(zhǎng)因子微球構(gòu)成。但是該皮膚存在真皮層未經(jīng)過(guò)交聯(lián)操作易于溶解，支架作用不明顯，厚度只有0.17mm以下，而且表皮層為了增加力學(xué)強(qiáng)度而使用的絲素蛋白降解緩慢，使用時(shí)甚至還需要?jiǎng)冸x表皮層，影響了皮膚的愈合效果。
[0005]為了克服現(xiàn)有人工皮膚的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種具有防水透氣功能的仿生人工皮膚及其制備方法，具有保護(hù)層、表皮層和真皮層三層結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)提供不同的功能，克服了現(xiàn)有皮膚的缺陷和不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷和不足，目的在于提供一種具有防水透氣功能的仿生人工皮膚及其制備方法，該人工皮膚具有保護(hù)層、表皮層和真皮層三層結(jié)構(gòu)，保護(hù)層提供了防水和保護(hù)功能，為表皮層和真皮層提供生長(zhǎng)的微環(huán)境，也避免了暴漏外界導(dǎo)致的感染，表皮層更接近與人體皮膚結(jié)構(gòu)和材料，可以減少植皮操作，真皮層的交聯(lián)結(jié)構(gòu)為皮膚再生提供了良好的支架。本發(fā)明所構(gòu)建的人工皮膚既可以縫合，表皮層和真皮層緊密連接，又具有很好的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度，移植到創(chuàng)面后很快基于創(chuàng)面良好帖附，使用的膠原蛋白安全不待病毒，表皮層和真皮層成分能夠降解，由于成分接近自體皮膚，降解產(chǎn)物有助于促進(jìn)表皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的再生，有利于自體皮膚的增殖和分化，形成更接近于生理的永久性皮膚替代物。真皮層的支架作用明顯，還可以作為載藥和干細(xì)胞領(lǐng)域的支架載體。
[0007]—種仿生人工皮膚，包括保護(hù)層、表皮層和真皮層，其特征在于:保護(hù)層為含微孔的不可降解或降解較慢的高分子薄膜組成，表皮層由含微孔結(jié)構(gòu)的可降解吸收的生物高分子組成，真皮層由可降解吸收的生物高分子海綿組成。
[0008]所述的保護(hù)層的薄膜由不可降解或降解較慢的高分子薄膜組成，不可降解的高分子材料為硅膠和聚酰胺，降解較慢的高分子材料可選自聚氨酯、聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯、對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸丁二酯的一種或多種，高分子薄膜具有微孔結(jié)構(gòu)和半滲透性，可以透過(guò)濕氣又可以防水，薄膜的厚度為0.01~0.1mm;表皮層由膠原蛋白或膠原蛋白和殼聚糖、羧甲基纖維素的共混材料組成，其中膠原蛋白為I型膠原蛋白、III型膠原蛋白或兩種的混合物；真皮層由膠原蛋白、殼聚糖或透明質(zhì)酸鈉中一種或者兩者混合制備而成海綿組成，其中膠原蛋白為I型膠原蛋白、III型膠原蛋白或兩種的混合物。
[0009]所述的表皮層是分子取向的。
[0010]所述的表皮層能夠接受手術(shù)中的縫合操作，厚度為0.05~lmm。
[0011]其中，組成真皮層的海綿具有經(jīng)交聯(lián)的三維多孔支架結(jié)構(gòu)。
[0012]其中，真皮層空隙率為70~99%，厚度為1.5~8mm0
[0013]其中，真皮層三位多孔支架結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，是海綿通過(guò)物理方法、化學(xué)方法或兩者結(jié)合的方法進(jìn)行交聯(lián)后形成的。
[0014]同時(shí)，本發(fā)明還提供了該人工皮膚的制備方法，制備方法包括以下步驟:
步驟1:以弱酸為溶質(zhì)，配置膠原或膠原復(fù)合溶液，濃度為0.1-2 Wt %，裝入透析袋中透析2~11天，形成溶液I ;
步驟2:以弱酸為溶質(zhì)，配置膠原或膠原復(fù)合溶液，濃度為0.1-2 Wt %，形成溶液II ;步驟3:將溶液2注入一定深度的模具中，在_80~-20°C下冷凍干燥成海綿，然后使用物理方法、化學(xué)方法或兩者結(jié)合的方法進(jìn)行交聯(lián)，得到經(jīng)交聯(lián)的三維多孔支架海綿，為真皮層；
步驟4:取高分子薄膜鋪到一定深度的模具的底部，壓平整，將溶液I注入模具的高分子薄膜表面中，流平后，將步驟3所得到的交聯(lián)后的海綿支架，平整的鋪在溶液I表面，在0~80°C下通風(fēng)干燥，從而形成具保護(hù)層、表皮層和真皮層至少三層結(jié)構(gòu)的人工皮膚。
[0015]其中，步驟I中，所述的膠原或膠原復(fù)合溶液，濃度為0.1-3 wt %，若為膠原復(fù)合溶液，其中材料為膠原蛋白和殼聚糖、羧甲基纖維素的共混材料，共混材料中膠原的含量為50-99 wt %;步驟2中，所述的濃度較低的膠原或膠原復(fù)合溶液，濃度為0.1~3 wt %，若為膠原復(fù)合溶液，其中材料為膠原與殼聚糖或透明質(zhì)酸的共混材料，共混材料中膠原的含量為20~99 wt %;步驟I和步驟2中，所述的弱酸為稀鹽酸、醋酸、甲酸、丙酸、丁酸或乳酸中的一種或多種；步驟I中所述的透析，透析介質(zhì)為弱酸溶液或水或兩者交替進(jìn)行。
[0016]其中，步驟3中，所述的交聯(lián)方法中，物理方法有紫外輻照、熱脫氫法、輻照滅菌法；化學(xué)交聯(lián)方法有使用碳化二亞胺、二胺、環(huán)氧化合物、羥基琥珀酰亞胺、二苯基磷酸鹽(DPPA)、戊二醛、甲醛、乙醛酸或京尼平進(jìn)行交聯(lián)，使用化學(xué)交聯(lián)劑后，需要經(jīng)過(guò)洗脫程序去除交聯(lián)劑的殘留，然后再次冷凍干燥。
[0017]其中，步驟4中，所述的高分子薄膜，分為不可降解和降解較慢的兩種高分子材料，不可降解高分子材料為硅膠和聚酰胺，降解較慢的高分子材料可選自聚氨酯、聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯、對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯和聚丁二酸丁二酯中的一種或多種；高分子薄膜具有微孔結(jié)構(gòu)和半滲透性，可透過(guò)透氣又可防水，薄膜的厚度為0.01 ?0.1mm0
[0018]其中，步驟I和步驟2中，所述的膠原蛋白為I型膠原蛋白、III型膠原蛋白或兩種的混合物，若為I型和III型膠原的混合物時(shí)，I型膠原在膠原蛋白中的含量為90~99 wt%。
[0019]其中，所述的膠原蛋白是通過(guò)牛跟腱、魚(yú)皮、哺乳動(dòng)物真皮，通過(guò)脫脂、酶解、鹽析、透析和凍干工藝制成的去端肽I型膠原、或I型膠原和III型膠原混合物。
[0020]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)有:
1.增加防水透氣的保護(hù)層，既可以為細(xì)胞生長(zhǎng)提供潮濕的微環(huán)境，有利于皮膚組織的再生，又可以提供防水的物理屏障，在皮膚組織再生過(guò)程中保護(hù)表皮和真皮組織不受感染和損傷；
2.保護(hù)層和表皮層均具有適當(dāng)?shù)牧W(xué)強(qiáng)度，表皮層的力學(xué)強(qiáng)度接近于自體皮膚，可以耐受手術(shù)中的縫合操作；
3.表皮層通過(guò)溶解揮發(fā)法制得，材料與人體表皮相同，具有微孔結(jié)構(gòu)