一種水凝膠和應(yīng)用該水凝膠的人工皮膚及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水凝膠和應(yīng)用該水凝膠的人工皮膚及其制備方法。所述水凝膠由前驅(qū)體和膠原水溶液混合后交聯(lián)而成，所述前驅(qū)體為殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì)酸的水溶液。本發(fā)明采用膠原、透明質(zhì)酸及殼聚糖等天然高分子材料制成了適合于細(xì)胞生長(zhǎng)及包裹細(xì)胞的水凝膠，同時(shí)利用酶預(yù)交聯(lián)及三維打印成型后物理交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)具有分層的人工皮膚結(jié)構(gòu)。獲得的人工皮膚具有類似于人體皮膚的力學(xué)性能，可用于皮膚組織的修復(fù)與再生及皮膚類藥物模型。
【專利說(shuō)明】
一種水凝膠和應(yīng)用該水凝膠的人工皮膚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，尤其涉及一種水凝膠和應(yīng)用該水凝膠的人工皮膚 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 皮膚是覆蓋和保護(hù)體表的重要組織器官。由于炎癥、潰瘍、外傷、燒傷、手術(shù)等原因 常造成皮膚的缺損和異常。對(duì)于這種組織缺損目前多采用自體皮膚移植的方法，這不僅造 成供皮區(qū)新的創(chuàng)傷缺陷，而且經(jīng)常受到供皮來(lái)源的限制。
[0003] 隨著組織工程技術(shù)的發(fā)展，制備人工皮膚已成為熱點(diǎn)。理想的組織工程話皮膚能 夠模仿天然皮膚的結(jié)構(gòu)，具有表皮層和真皮層的復(fù)合型皮膚。
[0004] 為了解決皮膚缺損問題，美國(guó)已開發(fā)出數(shù)十種皮膚替代材料，包括有同種異體皮 膚、異種皮膚、無(wú)細(xì)胞皮膚組織工程支架和人工合成材料皮膚。同種異體皮膚有Al Iopatch HDTM、AlloskinTM、Dermacdl?等十余種，無(wú)細(xì)胞組織工程支架包括有C〇naguard?、Integra? 等多種皮膚替代材料，這些材料都存在免疫排斥火車需要再次制皮等問題。
[0005] 我國(guó)在皮膚缺損治療領(lǐng)域的發(fā)展較晚，經(jīng)過(guò)近十年來(lái)的發(fā)展，有部分產(chǎn)品已上市， 例如第四軍醫(yī)大學(xué)金巖教授開發(fā)的含人體表皮細(xì)胞合成纖維細(xì)胞的人工皮膚，也有部分產(chǎn) 品進(jìn)入開發(fā)應(yīng)用階段，例如，中國(guó)專利CN1485099A公開了一種人工皮膚的制備方法，制備一 種含表皮層和真皮層的人工皮膚，但該皮膚存在表皮層和真皮層易于分離和無(wú)法耐受手術(shù) 縫合的問題。中國(guó)專利CN101716376公開了一種生長(zhǎng)因子緩釋型雙層人工皮膚，中國(guó)專利 CN1785444公開了一種膠原-殼聚糖和硅橡膠雙層皮膚再生支架及其制備方法，這些產(chǎn)品均 存在表皮層與人工皮膚力學(xué)性能不匹配和需要二次植皮的問題。
[0006] 因此，我們需要一種新的人工皮膚及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明解決了上述問題，并且，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種水凝膠，適合于細(xì)胞 生長(zhǎng)。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種利用所述水凝膠制備的人工皮膚。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一例示性實(shí)施例提供一種水凝膠，適合于細(xì)胞生長(zhǎng)及 包裹細(xì)胞。所述水凝膠由前驅(qū)體和膠原水溶液混合通過(guò)酶預(yù)交聯(lián)和打印過(guò)程物理交聯(lián)雙交 聯(lián)發(fā)而成，其中，所述前驅(qū)體為殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì)酸的水溶液;所述殼聚糖、酪氨酸 酶及透明質(zhì)酸的質(zhì)量百分比濃度為:殼聚糖5~12%;酪氨酸酶3~9%;透明質(zhì)酸3~10%。
[0009] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述膠原水溶液為將滅菌后的膠原以質(zhì)量百分濃度為5~ 10%的濃度溶解于滅菌培養(yǎng)液后獲得的混合溶液。
[0010] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述水凝膠在剪切率為10S4時(shí)的黏度范圍為10~IOOPa · So
[0011] 本發(fā)明還提供一種人工皮膚，所述人工皮膚包含至少四層皮層，每一所述皮層均 由上述水凝膠制成。
[0012] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，每一所述皮層的厚度為400微米。
[0013] 本發(fā)明還提供一種上述人工皮膚的制備方法，包括以下步驟:S10、制備如權(quán)利要 求1所述的水凝膠;S20、利用三維打印技術(shù)構(gòu)建一皮層;S30、利用超聲霧化戊二醛或N-羥基 丁二酰亞胺溶液，用以對(duì)步驟S20構(gòu)建的皮層進(jìn)行交聯(lián);重復(fù)步驟S20和S30，獲得多層分成 人工皮膚。
[0014] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述步驟SlO包括:S101、將殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì)酸按 照以下質(zhì)量百分比濃度溶解于37°C的去離子水，其中，
[0015] 殼聚糖 5~12%;
[0016] 酪氨酸酶 3~9 %;
[0017] 透明質(zhì)酸3~10%;
[0018] S102、對(duì)步驟SlOl獲得的溶液滅菌后獲得前驅(qū)體；
[0019] S103、將膠原經(jīng)乙醇熏蒸后滅菌，按照質(zhì)量百分比濃度5~10%分散于滅菌培養(yǎng)液 中，充分溶解；
[0020] S104、將步驟S103獲得的混合液與步驟S102獲得的前驅(qū)體混合，獲得所述水凝膠。 通過(guò)改變高分子濃度及交聯(lián)劑濃度控制所述水凝膠的黏度。
[0021] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S20中，控制每層皮層的尺寸為200~400微米， 空隙率為〇~60 %。
[0022]在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S30中，所述戊二醛及N-羥基丁二酰亞胺溶液的 質(zhì)量百分比濃度為0.1~0.25%。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的上述描述，本發(fā)明采用膠原、透明質(zhì)酸及殼聚糖等天然高分子材料 制成了適合于細(xì)胞生長(zhǎng)及包裹細(xì)胞的水凝膠，同時(shí)利用酶預(yù)交聯(lián)及三維打印成型后物理交 聯(lián)，實(shí)現(xiàn)具有分層的人工皮膚結(jié)構(gòu)。獲得的人工皮膚具有類似于人體皮膚的力學(xué)性能，可用 于皮膚組織的修復(fù)與再生及皮膚類藥物模型。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下，對(duì)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0025]實(shí)施例一、水凝膠及其制備
[0026]本實(shí)施例提供一種水凝膠及其制備方法。所述水凝膠適合于細(xì)胞生長(zhǎng)及包裹細(xì) 胞。所述由前驅(qū)體和膠原水溶液混合而成。制備方法為:首先，將殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì) 酸按照以下質(zhì)量百分比濃度溶解于37°C的去離子水:5~12%的殼聚糖、3~9%的酪氨酸 酶、3~10%的透明質(zhì)酸，充分溶解后經(jīng)濾菌器過(guò)濾除菌，獲得前驅(qū)體;然后，將膠原經(jīng)乙醇 熏蒸后在紫外燈下照射24小時(shí)徹底滅菌，按照質(zhì)量百分比濃度5~10%分散于滅菌培養(yǎng)液 中，充分溶解;最后，將前驅(qū)體與膠原溶液混合，通過(guò)改變高分子濃度及交聯(lián)劑濃度，控制所 述水凝膠在剪切率為10S4時(shí)的黏度范圍為10~IOOPa · S，獲得所述水凝膠。
[0027]實(shí)施例二、人工皮膚及其制備
[0028] 本實(shí)施例提供一種人工皮膚及其制備方法。所述人工皮膚包含至少四層，每一所 述皮層均由實(shí)施例一制得的水凝膠制成，每一所述皮層的厚度為400微米。所述人工皮膚的 制備方法具體包括以下步驟：
[0029] SlOl、將殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì)酸按照以下質(zhì)量百分比濃度溶解于37°C的去 離子水，
[0030] 殼聚糖 5~12%;
[0031] 酪氨酸酶3~9 %;
[0032] 透明質(zhì)酸3~10%;
[0033] Sl 02、將步驟SI 01獲得的溶液經(jīng)濾菌器過(guò)濾除菌后獲得前驅(qū)體；
[0034] S103、將膠原經(jīng)乙醇熏蒸后在紫外燈下照射24小時(shí)徹底滅菌，按照質(zhì)量百分比濃 度5~10%分散于滅菌培養(yǎng)液中，充分溶解；
[0035] S104、將步驟S103獲得的混合液與步驟S102獲得的前驅(qū)體混合，通過(guò)改變高分子 濃度、交聯(lián)劑濃度控制所述水凝膠在剪切率為10S4時(shí)的黏度范圍為10~IOOPa · S，獲得所 述水凝膠；
[0036] S20、利用三維打印技術(shù)構(gòu)建一皮層，控制每層皮層的尺寸為200~400微米，空隙 率為0~60% ;
[0037] S30、利用超聲霧化質(zhì)量百分比濃度為0.1~0.25 %的戊二醛或N-羥基丁二酰亞胺 溶液，用以對(duì)步驟S20構(gòu)建的皮層進(jìn)行交聯(lián);重復(fù)步驟S20和S30，獲得多層分成人工皮膚。
[0038] 如上描述的，本發(fā)明采用膠原、透明質(zhì)酸及殼聚糖等天然高分子材料制成了適合 于細(xì)胞生長(zhǎng)及包裹細(xì)胞的水凝膠，同時(shí)利用酶預(yù)交聯(lián)及三維打印成型后物理交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)具 有分層的人工皮膚結(jié)構(gòu)。獲得的人工皮膚具有類似于人體皮膚的力學(xué)性能，可用于皮膚組 織的修復(fù)與再生及皮膚類藥物模型。
[0039] 盡管為了說(shuō)明的目的而描述了本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的 是，在不脫離如所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神下，多種修改、添加或替換是可 行的。本發(fā)明的范圍應(yīng)在所附權(quán)利要求的基礎(chǔ)上，以一種所述技術(shù)思路包含在與屬于本發(fā) 明的權(quán)利要求相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)的方式進(jìn)行解釋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水凝膠，適合于細(xì)胞生長(zhǎng)及包裹細(xì)胞，其特征在于，所述水凝膠由前驅(qū)體和膠原 水溶液混合后通過(guò)酶預(yù)交聯(lián)及物理交聯(lián)雙交聯(lián)而成，其中， 所述前驅(qū)體為殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì)酸的水溶液;所述殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì) 酸的質(zhì)量百分比濃度為： 殼聚糖 5~12%; 酪氨酸酶3~9 %; 透明質(zhì)酸3~10%。2. 如權(quán)利要求1所述的水凝膠，其特征在于，所述膠原水溶液為將滅菌后的膠原以質(zhì)量 百分濃度為5~10 %的濃度溶解于滅菌培養(yǎng)液后獲得的混合溶液。3. 如權(quán)利要求1所述的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠在剪切率為IOS^1時(shí)的黏度范圍 為 10~IOOPa · So4. 一種人工皮膚，其特征在于，所述人工皮膚包含至少四層皮層結(jié)構(gòu)，每一所述皮層均 由權(quán)利要求1所示的水凝膠制成。5. 如權(quán)利要求4所述的人工皮膚，其特征在于，每一所述皮層的厚度為400微米。6. -種如權(quán)利要求4所述的人工皮膚的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:S10、制 備如權(quán)利要求1所述的水凝膠;S20、利用三維打印技術(shù)構(gòu)建一皮層;S30、利用超聲霧化戊二 醛溶液或N-羥基丁二酰亞胺溶液，用以對(duì)步驟S20構(gòu)建的皮層進(jìn)行交聯(lián)；重復(fù)步驟S20和 S30,獲得多層分成人工皮膚。7. 如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟SlO包括： 5101、 將殼聚糖、酪氨酸酶及透明質(zhì)酸按照以下質(zhì)量百分比濃度溶解于37°C的去離子 水， 殼聚糖 5~12%; 酪氨酸酶3~9 %; 透明質(zhì)酸3~10%; 5102、 對(duì)步驟SlOl獲得的溶液滅菌后獲得前驅(qū)體； 5103、 將膠原經(jīng)乙醇熏蒸后滅菌，按照質(zhì)量百分比濃度5~10%分散于滅菌培養(yǎng)液中， 充分溶解； 5104、 將步驟S103獲得的混合液與步驟S102獲得的前驅(qū)體混合，獲得所述水凝膠。8. 如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟S20中，控制每層皮層的尺寸 為200~400微米，空隙率為0~60%。9. 如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟S30中，所述戊二醛溶液或N-羥基丁二酰亞胺溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.1~0.25%。
【文檔編號(hào)】A61L27/52GK105944150SQ201610176983
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】張洪波, 殷瑞雪, 陸益棟, 路騰新, 楊可, 章文俊, 沈丹艷
【申請(qǐng)人】華東理工大學(xué), 黑船科技（上海）有限公司