[发明专利]一种提高人工皮肤中附属器活性及控制其分布的方法

说明书

本发明公开了一种提高人工皮肤中附属器活性及控制其分布的方法，包含：步骤1、采用代表性细胞外基质成分生物材料构建适宜打印细胞的生物墨水；步骤2、以生理浓度将适宜皮肤附属器生成的各类蛋白因子与生物墨水混合；步骤3、向步骤2所得的混合液中加入细胞并混匀，选择打印参数后通过3D生物打印机，打印出带有活性皮肤附属器的人工皮肤模型；步骤4、根据皮肤移植部位的个体化需求，调整细胞数量和各类蛋白因子的浓度，以及打印参数，并在打印后将所得的3D人工皮肤模型置于适宜不同附属器生长的培养条件下继续培养。本发明提供的方法，能够提高人工皮肤的仿真性和生物功能性，可以更好地应用于皮肤缺损创面的移植。

技术领域

本发明涉及一种医疗模型制造及应用领域的方法，具体地，涉及一种利用生物3D打印技术提高人工皮肤中附属器活性及控制其分布的方法。

背景技术

目前，用于治疗皮肤损伤最通常的方法是手术移植其他部位的皮肤到损伤部位，其最大的局限是正常皮肤的来源有限，难以满足大面积损伤治疗需求。利用体外培养扩增的细胞，结合框架蛋白形成组织工程皮肤或人皮肤的替代品，虽然在一定程度上具有取代同种异体皮肤移植的应用价值，但是其真正的应用与临床要求还有较大的差距。因此，如何提高工程化皮肤的仿真性和生物学性能以提高远期疗效等都是目前临床亟待解决的重要问题。

理想的人工皮肤应具备良好的生物相容性和生物降解性，植入体内后的降解和吸收速度应与细胞和(或)组织生长的速度相匹配，具有足够的力学强度、高孔隙率、高表面积，便于细胞的粘附和进入以及物质交换等。目前大部分研究表明，以动物胶原和糖胺多糖等为主要成分的海绵状真皮支架的工程化皮肤，虽能基本满足上述要求，但这些材料均不含皮肤附件，在移植后均无皮肤附属器官形成，从功能上来讲他们仅仅是敷料，还不是理想的工程化皮肤。这是目前工程化皮肤发展亟待攻克的科学问题和技术难题之一。之所以缺乏皮肤附件，主要是在以往工程化皮肤设计时没有考虑这方面需求，因此缺乏相关理论与关键技术。

同时，已有研究表明，微环境在器官与组织再生过程中发挥重要作用，而皮肤及其附属器的形成也极易受到微环境的影响。因此，体外构建适宜皮肤再生的微环境是提高工程化皮肤的仿真性和生物学性能以提高远期疗效的一种有效手段。然而微环境具有复杂多向性，体外构建需克服诸多障碍。

因此，新一代工程化皮肤的设计理念是：应具有与天然皮肤一致的皮肤附件并且活性及分布均能满足其功能需求。要达到这样的精准设计，需要借助生物3D打印技术才能得以完成。同时，要实现移植后的皮肤全功能再生，具有皮肤附属器特化潜能的细胞和适宜的微环境二者缺一不可，生物3D打印技术也可确保细胞和微环境的同时接入等关键技术的实现。

生物3D打印技术通过3D生物打印机(3D bio-printer；3D biology printer)来完成。3D生物打印机是一种能够在数字三维模型驱动下，按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品的装备。这种机器首先读入由医学影像数据重建或设计的三维模型，将模型离散成多个片层，计算机控制打印喷头逐层″打印”打印由生物材料或细胞组成的“生物墨水”，不断重复这一过程，直至打印完成三维组织前体。随后，细胞开始重新组织、熔合，形成新的血管等组织结构。生物打印机不是利用一层层的塑料，而是利用一层层的生物材料或者细胞构造块，去制造真正的活体组织。3D生物打印机可以有多个打印喷头，喷头可以打印人体细胞，被称为“生物墨”；也可以打印纯生物材料，被称为“生物纸”。所谓生物纸其实是主要成分是水凝胶，可用作细胞生长的支架。3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。