[发明专利]一种基于3D打印技术的三层仿生皮肤支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术的三层仿生皮肤支架及其制备方法，属于组织工程技术领域。本发明皮肤支架分为三层，第一层为模仿表皮的致密层；第二、三层分别为模仿真皮、皮下组织的疏松层，具有相互连通的微通道及不同的孔径；本发明基于3D打印方法，通过特定设置的生物墨水制备三层仿生皮肤支架，整体支架具有高溶胀比、降解受控、无细胞毒性、抗菌性、低免疫原性、促进深层创面高质量修复等优点，且该皮肤支架及其降解产物都具有良好的生物相容性。

技术领域

本发明涉及一种基于3D打印技术的三层仿生皮肤支架及其制备方法，属于组织工程技术领域。

背景技术

皮肤作为人体最大的器官，由外向内分为表皮层、真皮层和皮下组织，覆盖全身，是人体与外界环境接触的屏障，承担着防御、感知、呼吸、调节体温、免疫等功能，同时也是人体最易受到损伤的器官之一。许多类型的损伤，如挫伤、割伤、化学和热烧伤都会破坏皮肤的完整性并造成一定量正常组织的丢失。对于一些轻微的皮肤损伤，皮肤可以快速自我修复并再生；但是对于由严重烧伤、糖尿病足溃疡等造成的深层及大面积开放性创面(涉及真皮层及皮下组织的缺失)，仅通过人体的自我修复非常困难，即使创面愈合成功也仍伴有大面积疤痕产生，且缺少汗腺、毛囊等功能性的皮肤附属物，将对患者的社会生活造成终身性的困扰。因此，促进深层创面的愈合和减少疤痕的形成成为了临床亟待解决的难题。

目前用于皮肤深层创面的传统治疗方法包括自体移植和异体移植。前者将患者身上其他部位上的正常皮肤移植到创面处，所以并不适合大面积创面的皮肤移植，并且这种“以创伤修复创伤”的方法还会使患者产生新的痛苦；而后者采用他人皮肤移植因面临着供体不足、易出现免疫排斥反应和道德伦理问题等因素而受到极大的限制。而近年来随着组织工程技术、3D打印技术的发展。为皮肤移植提供了新的思路，为皮肤深层受损的患者带来了新的曙光。

组织工程是指将工程科学和生命科学的原理相结合,研究开发用于组织和器官修复、改善和功能维持的生物替代物。组织工程皮肤是通过在体外培养扩增大量的功能细胞，复合到支架材料，通过细胞与支架相互作用，诱导、生长形成三维的有活性的皮肤替代物。

3D打印技术又被称为增材成型技术、堆积成型技术，是一种基于计算机三维数字成像技术及多层次连续打印的新型数字化成型技术，由3D打印技术制备出的组织工程支架具有精度高、成型速度快、细胞可植入等优点，已经在组织工程学、再生医学中得到广泛应用。数字投影技术(Digital Light Processing，DLP)也称面曝光快速成形技术，主要基于数字投影的面曝光快速成形3D打印系统，是将3D数字模型的切片信息通过数字光处理芯片向光固化料槽中投射，进而引发相应的光聚合反应过程，最终通过层层堆积的方式实现整个3D实体的构筑。基于DLP的光固化生物3D打印分辨率高、打印速度快、可实现复杂结构精细打印，在水凝胶/细胞高精度批量制造上具有显著优势，适合于临床及动物实验中批量可重复需求，已逐渐成为主流生物3D打印方法，在实际的科研、生产中具有广泛的应用价值。

因此，基于已有的技术积累，研究人员一直在研究新一代组织工程皮肤支架，但目前的技术方法距离真正理想的皮肤替代物尚存有一定差距。如专利CN201610793440.6与专利CN201610499353.X分别报道了一种海藻酸钠水凝胶支架构建的组织工程皮肤和一种微纳米复合双层皮肤支架，但这二者仅模拟了正常皮肤的表皮层与真皮层，并未对于皮肤表皮与真皮层之下的皮下组织进行模拟。研究表明，理想的皮肤支架应模仿正常皮肤的三层构架以及存在相互连通的微通道，促进空气(CO₂，O₂)和水分(H₂O)与外部环境的交换以及营养物质的输送，为细胞迁移和增殖提供优越的微环境，从而促进皮肤再生。因此，如何建立一种在结构、力学性能和生物功能等方面类似于正常皮肤的组织工程皮肤支架来促进深层创面的高质量愈合是亟待解决的问题之一。

发明内容