[发明专利]水凝胶、纳米纤维支架与皮肤细胞层层组装的血管化全层组织工程皮肤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水凝胶、纳米纤维支架与皮肤细胞层层组装的血管化全层组织工程皮肤及其制备方法，属于高分子材料和生物医用材料技术领域。人工组织工程皮肤包括表皮层和真皮层，其中表皮层是位于真皮层上方的纳米纤维支架与一种种子细胞交替层叠组成。真皮层由下层纳米纤维支架、上层水凝胶支架与三种种子细胞组成，种子细胞分布在纳米纤维支架表面与水凝胶内部及表面。其通过将静电纺丝技术、高分子络合技术与纤维/细胞层‑凝胶层‑纤维/细胞层层自组装技术相结合的方法制备。该具有生物功能的人工组织工程皮肤可用于各种组织的再生和修复，特别是创伤愈合、血管新生并减少疤痕形成等。

技术领域

本发明属于高分子材料和生物医用材料技术领域，具体涉及一种水凝胶、纳米纤维支架与皮肤细胞层层组装的血管化全层组织工程皮肤及其制备方法。

背景技术

皮肤作为人体复杂且最大的器官，具有维持内部器官的生理平衡、保护机体免受感染和破坏、调控水分及体温、触觉等复杂的功能。许多类型损伤，如化学和热烧伤、挫伤和割伤都可导致皮肤受伤并破坏其作为屏障的完整性。对于浅度和小面积损伤，皮肤可以快速自我修复。但是对于深度及大面积开放性创伤(部分或全部真皮甚至皮下组织的缺失)，仅依靠成纤维细胞产生的肉芽组织来填补非常困难，其再表皮化也是临床亟待解决的难题。

目前临床已证明通过组织工程技术制备的人工皮肤，可部分或完全替代自体皮肤移植，成为修复大面积、深度缺损创面最有应用前景的方法之一。目前市售的人工皮肤被美国和欧盟等少数发达国家掌握，产品的类型为：皮肤替代物和组织工程化皮肤(Dermagraft- Dermagraft-等)。虽然在国内人工皮肤的研究取得了一定的进展，也有一些相关项目处于研发阶段，但是在技术水平上与国外相比还有相当的差距，从而导致国内人工皮肤产品的产业化严重滞后，虽有个别产品上市，但是产品单一，无法满足国内巨大市场需求。

无血管化或无毛细血管化的组织工程皮肤在移植后易脱落，不易与患者创面快速结合从而导致移植不成功，在这种情况下大部分的组织工程皮肤只能充当临时覆盖物或皮肤临时替代物的作用而并不能有效地促进伤口愈合以解决目前治疗大面积皮肤损伤地需求。功能性毛细血管是构建可供移植组织工程器官的基础，然而当前国内外尚未构建成功具有基底膜的稳定功能性组织工程毛细血管，功能性组织工程毛细血管的构建也成为限制组织工程的主要障碍。有研究表明：循环纤维细胞(CFs)可稳定毛细血管，调控VECs合成基底膜成份，并与VECs形成间隙连接，具备了毛细血管支持细胞的所有功能；CFs与VECs在三维胶原内共培养后，CFs向VECs趋化并包裹VECs管，形成基底膜，并与VECs形成间隙连接，具备了功能性毛细血管的特征。

当前，在人工组织工程皮肤支架领域，用于皮肤支架制备的材料大致分为两类：一类是天然生物衍生材料，如胶原、壳聚糖、透明质酸、羧甲基壳聚糖及丝素蛋白等。另一类是人工合成生物高分子材料，主要有聚乙交酯、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸酯类等聚酯类材料；大多数皮肤支架都是运用生物材料通过静电纺丝技术来制造。虽然由静电纺丝得到的纳米纤维为细胞的黏附和生长提供合适的表面形态，利于细胞在支架上的粘附与生长，然而由静电纺丝制备的皮肤支架由于孔径太小，不利于细胞在深度方向上的迁移、增殖，且难以实现细胞在纤维支架上分布的有效调控，这限制了人工皮肤支架在皮肤损伤医学治疗领域中的应用。

尽管目前有很多研究者研制开发了多种人工组织工程皮肤，多数基质为胶原凝胶或海绵，目前并没有任何通过纯天然高聚物来制备纳米纤维支架、水凝胶并结合层层自组装技术应用于血管化组织工程全层皮肤的相关文献与专利报道，申请号为“201510631809.9”与“201610793440.6”的专利分别报道了一种高强度高韧性水凝胶纳米纤维的制备方法与一种海藻酸钠水凝胶支架构建的组织工程皮肤，但并没有进行创面愈合效果的相关研究。申请号为“201610499353.X”与“201611008057.1”的专利分别报道了一种微纳米复合双层皮肤支架及其制备方法与一种柔性人工皮肤及其制备方法，但并无显著改善细胞在组织内分布与创面愈合促进效果的相关研究。

发明内容