CN103126786B - 一种仿生真皮模板支架及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种仿生真皮模板支架,是生物相容性纤维采取静电旋转方式形成的三维结构,所述三维结构是指以橄榄球样结构为基本单元,排列组合而成,所述的纤维表面具有致密间距的蛋白微点形成的齿状结构。制备方法包括以下步骤:将聚乳酸、聚羟基丁酸、胶原成分和粘连蛋白中的一种或几种溶化后通过改装的静电室织成仿生真皮模板支架,所述改装的静电室包括可旋转的喷纱嘴阵列、位于喷纱嘴阵列对应面的纤维接收板,以及围绕静电室周围的喷嘴。本发明提供的仿生真皮模板支架由微米级的生物相容性纤维经过静电旋转编织而成,能最大程度的抑制瘢痕形成,促使皮肤再生,恢复受伤的皮肤结构和功能。

Description

一种仿生真皮模板支架及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及医疗外科植入性产品,更具体地讲,涉及一种仿生真皮模板支架及其制备方法。
背景技术
皮肤被覆于全身表面,与外界环境直接接触,是解剖学和生理学上的重要边界器官。皮肤由表皮和真皮组成,借皮下组织与深部的深筋膜、腱膜或骨膜相连。皮肤起源于外胚层和中胚层,结构复杂并高度特化,有重要的屏障作用和保护作用,可防止外界的刺激损伤体内的组织,能阻挡异物和微生物侵入,并可阻止体液外渗和对外界物质的吸收。
皮肤作为人体最大的器官,是与外界接触的屏障,当由于外界损伤或疾病等因素造成皮肤缺损时,其危害可以极轻微,也可以是致命的。
目前,流行病学研究表明,在美国,每年的烧伤人数达5‰。其中,0.25‰的患者需住院治疗,0.1‰的患者烧伤体表总面积达25%。随着社会的发展,皮肤损伤的致病谱也逐渐从烧伤转向道路交通伤,据联合国卫生组织2004年的统计,每年因道路交通死亡的患者达1.8‰,致伤人数远远大于1.5%。再加上由于其他创伤,疾病,如糖尿病,肿瘤切除,外科手术导致创伤后瘢痕形成。由此引起的瘢痕增生影响患者的身心健康,对社会造成广泛的不良影响。在日益追求生命质量的今天,这种影响绝对不可小觑。
目前,常用的皮肤缺损修复途径有自体植皮、同种异体植皮和异种植皮,但有供区不足、免疫排斥及传播疾病等缺陷,并且修复效果也差强人意。
目前还有一些皮肤的替代物是用中草药制成的,但缺乏正常皮肤真皮力学特性。现有仿生真皮支架由三种方法:(1)编织法(2)脱细胞真皮法(3)静电室法。现有的静电室工艺原理为将聚合物熔体从模头喷沙嘴中挤出,形成熔体细流,加热的拉伸空气从模头喷沙嘴 两侧风道亦称气缝中高速吹出,对聚合物熔体细流进行拉伸。冷却空气在模头下方一定位置从两侧补入,使纤维冷却结晶,另外在冷却空气装置下方也可设置喷雾装置,进一步对纤维进行快速冷却,在接收装置的成网帘下方设真空抽吸装置,使经过高速气流拉伸成形的超细纤维均匀地收集在接收装置的成网帘或滚筒上。现有的喷沙嘴一般为一个,且不能旋转,且静电室周围没有喷嘴,使得无法形成三维结构的真皮模板。
因此,本领域迫切需要提供一种理想的皮肤替代物,以满足临床需求。
前期研究发现,正常真皮组织呈现特殊的橄榄球样结构,并以某种方式特殊排列。橄榄球样结构呈现右手螺旋形式,而橄榄球样结构由3-9组纤维编织而成,在纤维束上,可见规则的齿状结构。而瘢痕真皮组织标本,缺乏这种规则的橄榄球样三维结构,也没有一种理想的皮肤再生/或最大程度抑制瘢痕形成的真皮模板。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种促进皮肤再生和/或最大程度抑制瘢痕形成的仿生真皮模板支架。
本发明的第二个目的在于提供一种促进皮肤再生和/或最大程度抑制瘢痕形成的仿生真皮模板支架的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种制备上述仿生真皮模板支架的静电室。
为实现以上目的,本发明公开以下技术方案:一种仿生真皮模板支架,所述仿生真皮模板支架是生物相容性纤维采取静电旋转方式形成的三维结构,所述三维结构是指以橄榄球样结构为基本单元,排列组合而成,所述的纤维表面具有致密间距的蛋白微点形成的齿状结构。
作为一个优选,所述纤维包含有利于修复细胞正常成长、促进皮肤再生、抑制瘢痕形成的细胞外基质成分,及有利于修复细胞发挥最佳功能的细胞外结构。
作为又一个优选,所述细胞外基质成分的蛋白类物质包括正常真皮组织细胞外基质中有利于细胞生长的蛋白成分,所述蛋白成分是指生长因子、蛋白多糖、糖蛋白或者促进细胞和所述纤维发生粘附的蛋白分子。
作为一个优选,所述纤维的直径为8-100μm;所述蛋白微点的直径为3-20μm,较佳地,为5-15μm,更佳地为5-10μm。
作为一个优选,所述仿生真皮模板的孔径为30-2000μm,较佳地,为50-1500μm,更佳地为70-1000μm。
作为一个优选,所述仿生真皮模板的厚度为0.1-3.2mm,较佳地,为0.2-2.0mm,更佳地为0.4-1.6mm。
为实现本发明第二个目的,公开以下技术方案:一种仿生真皮模板支架的制备方法,包括以下步骤:将有利于修复细胞正常生长的化学成分中的一种或几种溶化后通过改装的静电室织成仿生真皮模板支架,所述有利于修复细胞正常生长的化学成分包括聚乳酸、聚羟基丁酸、胶原成分和粘连蛋白;所述改装的静电室包括可旋转的喷纱嘴阵列、位于喷纱嘴阵列对应面的纤维接收板,以及围绕静电室周围的喷嘴。
作为一个优选,所述喷沙嘴阵列由两对或三对喷沙嘴为一组单元,若干喷沙嘴单元形成阵列组成,每组喷沙嘴单元中,喷沙嘴与喷沙嘴的喷嘴端以一定方式旋转,使得喷出的纤维相互交织成类似橄榄形的螺旋状,喷沙嘴喷出物由聚乳酸、聚羟基丁酸、胶原成分和粘连蛋白中的一种或几种组成;所述喷嘴喷出物为除胶原成分以外的其他细胞外基质成分形成的小蛋白颗粒,蛋白颗粒直径小于纤维直径,喷嘴具有一定的喷出速度及喷出频率,以保证纤维上形成具有促进修复细胞生存的类似齿状结构的蛋白微点;纤维接收板以一定速率旋转,以进一步精密控制形成纤维支架中网络化的疏密度。
所述仿生真皮模板支架可以在创面移植中应用,使用时,将该仿生真皮模板支架移植于创面,表面刃厚皮移植,加压包扎。通过这种仿生的真皮模板支架可使修复细胞保持最佳的功能,保证修复结果恢复到损伤前的功能和结构,并且其所含的聚乳酸和聚羟基丁酸在适当时间自动降解,使得创伤皮肤愈合后最大程度的抑制瘢痕形成。
为实现本发明第三个目的,公开以下技术方案:一种制备所述仿生真皮模板支架的静电室,所述静电室包括可旋转的喷纱嘴阵列、位于喷纱嘴阵列对应面的纤维接收板,以及围绕静电室周围的喷嘴;所述喷沙嘴阵列由两对或三对喷沙嘴为一组单元,若干喷沙嘴单元形成阵列组成,每组喷沙嘴单元中,喷沙嘴与喷沙嘴的喷嘴端以一定方式旋转,使得喷出的纤维相互交织成类似橄榄形的螺旋状;所述喷嘴喷出物为小蛋白颗粒,蛋白颗粒直径小于纤维直径,喷嘴具有一定的喷出速度及喷出频率,以保证纤维上形成类似齿状结构的蛋白微点;纤维接收板以一定速率旋转,以进一步精密控制形成纤维支架中网络化的疏密度。
本发明的优点在于:1、本发明提供的仿生真皮具有正常皮肤真皮的形态结构特点,解决了真皮模板支架、组织工程支架到底应具有什么结构的问题,这是目前该系列产品中所不具备的;2、本发明提供的仿生真皮模板支架由微米级的生物相容性纤维经过静电旋转编织而成,能最大程度的抑制瘢痕形成,促使皮肤再生,恢复受伤的皮肤结构和功能;3、本发明提供的仿生真皮有利于大规模工业化生产,具有良好的应用前景。
附图说明
图1为正常真皮组织三维结构图。
图2为正常真皮组织三维结构基本单位,橄榄球结构。
图3为瘢痕组织三维结构图。
图4为静电室编织流程示意图,其中A为喷纱嘴排列组,B为纤维结构接收板 C 为静电室周围喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明,实施例的作用仅是解释而非限定本发明。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另行定义,文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉的意义相同。此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中,文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
实施例1、制备仿生真皮模板支架
如本文所用,“纤维”或“生物相容性纤维”都表示同一种物质,它所用的材料是生物相容性材料和细胞外基质天然蛋白成分,所述的生物相容性材料选自:聚乳酸,聚羟基丁酸;天然细胞外基质蛋白成分,包括各种生长因子,黏附蛋白成分,胶原蛋白,粘连蛋白,糖蛋白,蛋白多糖,及各种在细胞外基质研究中发现的有利于细胞良好生存的蛋白分子/有机分子成分。所用的纤维具有微米级微点形成的阵列,类似齿状结构,阵列间距有利于细胞行为的最佳调控。
微米级蛋白微点蛋白成分为有利于皮肤或真皮修复的正常、最大程度抑制瘢痕形成的皮肤和/或真皮组织细胞外基质成分,具体包括:生长因子、蛋白多糖、糖蛋白、促进细胞和所述纤维发生粘附的蛋白分子以及可能目前尚未发现的促生长因子和减少疤痕形成因子。
将获取的组织皮肤进行制成匀浆,该正常组织中包含了上述的各种细胞生长因子,蛋白多糖,糖蛋白、促进细胞和纤维黏附的蛋白分子以及目前可能尚未发现的促生长因子和减少疤痕形成因子。
将聚乳酸,聚羟基丁酸和胶原分子,粘连蛋白以不同比例混合成溶液,然后送入静电喷纱嘴阵列,电脑控制进行喷纱,静电室周围喷嘴也以一定速率和频率喷出上述制备好的组织匀浆,在纤维接收板处收获制备好的仿生真皮模板三维组织结构支架。喷纱嘴单元由两个或三个喷纱嘴组成,这些喷纱嘴以一定方式旋转,保证喷出的纤维形成螺旋形。喷纱嘴阵列中含有若干组喷纱嘴单元组合,通过各自电脑的调控,形成以某种方式排列的橄榄球样结构。静电室还需有一定的温度控制,保证喷纱嘴喷出的纤维成形,但保持湿润,又没有彻底固化。静电室内壁的四周加装不同数量和排布方式的喷嘴,喷嘴喷出物为细胞外基质蛋白成分经特定方法形成的小颗粒,颗粒直径小于纤维直径,并且颗粒的生物活性不变。喷嘴喷出速度及频率将由电脑程序控制,电脑程序将根据需缓释的各种蛋白质的大小及间距进行适当微调,保证所形成的微点间距能最大的调控细胞行为的最优化。喷纱嘴阵列对面的纤维接收板也以一定的速率旋转,精确微调成型后的三维结构,保证三维结构的孔径最大程度的满足细胞的生存,并有利于细胞的黏着,并有一定的温度控制,使纤维结构最终成型。最终形成以橄榄球样结构为单元,以特殊排列方式形成的,仿生真皮模板支架,纤维上含有蛋白分子组成的类似齿状结构蛋白微点。
静电室应有一定温度控制装置,一般温度控制20-350度,确保喷纱嘴喷出的纤维成型,但又没有完全固化,具有一定的湿润性,保证静电室周围喷嘴喷出的物质能够粘连在由喷纱嘴组喷出的纤维上。喷纱嘴采用斐波那契排列组合形成喷纱嘴阵列,喷纱嘴温度控制20-350度,以200-15000转/秒旋转,使得喷出的纤维具有一定的旋转性,就象飞行中的子弹或炮弹一样,几组纤维的旋转恰好可以形成螺旋状编织。喷沙嘴喷出物由聚乳酸、聚羟基丁酸、胶原成分和粘连蛋白中的一种或几种组成,按照正常真皮组织中比例,在保证纤维不变性的情况下混合。围绕静电室周围的喷嘴喷出速度30-20000/秒, 频率10-60/秒,温度为20-50度,以保证纤维上形成具有促进修复细胞生存、最大程度抑制瘢痕形成的,促进皮肤再生的蛋白微点阵列。纤维接收板旋转速率20-10000/秒,进一步精密控制形成纤维支架中网格化的大小和疏密度,温度为20-50度,保证纤维进一步固化成型。
实施例2、仿生真皮的动物实验
利用动物实验进行测试,测试方法如下:选择一定数量的清洁杜烙克猪(购自:上海斯莱克实验动物有限公司),背部脱毛后24小时,用手术刀在猪背部切取一定大小的全层皮肤,在鼓式取皮刀上反取刃厚皮,作为自体皮。
创面随机分为四组:
组1创面为实验创面,止血后,先移植本发明提供的仿生真皮模板支架,然后在其上移植自体皮,加压包扎;
组2 创面为对照创面,止血后,移植刃厚自体皮,加压包扎;
组3创面为对照创面,止血后,将该全层皮再移植到创面上,加压包扎;
组4 创面为对照创面,止血后,将脱细胞真皮加刃厚皮复合移植到创面上,加压包扎。
实验结果,初步发现仿生真皮模板支架移植后,创面愈合效果良好,与全厚皮植皮组效果相当。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1. 一种仿生真皮模板支架,其特征在于,所述仿生真皮模板支架是生物相容性纤维采取静电旋转方式形成的三维结构,所述三维结构是指以橄榄球样结构为基本单元,排列组合而成,所述的纤维表面具有致密间距的蛋白微点形成的齿状结构,所述三维结构通过改装的静电室采用静电旋转的方式制成,所述改装的静电室包括可旋转的喷纱嘴阵列、位于喷纱嘴阵列对应面的纤维接收板,以及围绕静电室周围的喷嘴;所述喷纱嘴阵列由两对或三对喷纱嘴为一组单元,若干喷纱嘴单元形成阵列组成,每组喷纱嘴单元中,喷纱嘴与喷纱嘴的喷嘴端以一定方式旋转,使得喷出的纤维相互交织成类似橄榄形的螺旋状;所述喷嘴喷出物为小蛋白颗粒,小蛋白颗粒直径小于纤维直径,喷嘴具有一定的喷出速度及喷出频率,以保证纤维上形成类似齿状结构的蛋白微点;纤维接收板以一定速率旋转,以进一步精密控制形成纤维支架中网络化的疏密度。
2.根据权利要求1所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述纤维包含有利于修复细胞正常成长、促进皮肤再生、抑制瘢痕形成的细胞外基质成分,及有利于修复细胞发挥最佳功能的细胞外结构。
3.根据权利要求2所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述细胞外基质成分的蛋白类物质包括正常真皮组织细胞外基质中有利于细胞生长的蛋白成分,所述蛋白成分是指生长因子、蛋白多糖、糖蛋白或者促进细胞和所述纤维发生粘附的蛋白分子。
4.根据权利要求1所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述纤维的直径为8-100μm;所述蛋白微点的直径为3-20μm。
5. 根据权利要求4所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述蛋白微点的直径为5-15μm。
6. 根据权利要求4所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述蛋白微点的直径为5-10μm。
7.根据权利要求1所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述仿生真皮模板的孔径为30-2000μm。
8.根据权利要求7所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述仿生真皮模板的孔径为50-1500μm。
9. 根据权利要求7所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述仿生真皮模板的孔径为70-1000μm。
10.根据权利要求1所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述仿生真皮模板的厚度为0.1-3.2mm。
11.根据权利要求10所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述仿生真皮模板的厚度为0.2-2.0mm。
12.根据权利要求10所述的仿生真皮模板支架,其特征在于,所述仿生真皮模板的厚度为0.4-1.6mm。
13.权利要求1—12任一所述仿生真皮模板支架的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将有利于修复细胞正常生长的化学成分中的一种或几种溶化后通过改装的静电室织成仿生真皮模板支架,所述有利于修复细胞正常生长的化学成分包括聚乳酸、聚羟基丁酸、胶原成分和粘连蛋白;所述改装的静电室包括可旋转的喷纱嘴阵列、位于喷纱嘴阵列对应面的纤维接收板,以及围绕静电室周围的喷嘴。
14.根据权利要求13所述的仿生真皮模板支架的制备方法,其特征在于,所述喷纱嘴阵列由两对或三对喷纱嘴为一组单元,若干喷纱嘴单元形成阵列组成,每组喷纱嘴单元中,喷纱嘴与喷纱嘴的喷嘴端以一定方式旋转,使得喷出的纤维相互交织成类似橄榄形的螺旋状,喷纱嘴喷出物由聚乳酸、聚羟基丁酸、胶原成分和粘连蛋白中的一种或几种组成;所述喷嘴喷出物为除胶原成分以外的其他细胞外基质成分形成的小蛋白颗粒,蛋白颗粒直径小于纤维直径,喷嘴具有一定的喷出速度及喷出频率,以保证纤维上形成具有促进修复细胞生存的类似齿状结构的蛋白微点;纤维接收板以一定速率旋转,以进一步精密控制形成纤维支架中网络化的疏密度。
15. 一种用于制备权利要求1—12任一所述仿生真皮模板支架的静电室,其特征在于,所述静电室包括可旋转的喷纱嘴阵列、位于喷纱嘴阵列对应面的纤维接收板,以及围绕静电室周围的喷嘴;所述喷纱嘴阵列由两对或三对喷纱嘴为一组单元,若干喷纱嘴单元形成阵列组成,每组喷纱嘴单元中,喷纱嘴与喷纱嘴的喷嘴端以一定方式旋转,使得喷出的纤维相互交织成类似橄榄形的螺旋状;所述喷嘴喷出物为小蛋白颗粒,小蛋白颗粒直径小于纤维直径,喷嘴具有一定的喷出速度及喷出频率,以保证纤维上形成类似齿状结构的蛋白微点;纤维接收板以一定速率旋转,以进一步精密控制形成纤维支架中网络化的疏密度。
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