CN105944150B - 一种水凝胶和应用该水凝胶的人工皮肤及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水凝胶和应用该水凝胶的人工皮肤及其制备方法。所述水凝胶由前驱体和胶原水溶液混合后交联而成，所述前驱体为壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸的水溶液。本发明采用胶原、透明质酸及壳聚糖等天然高分子材料制成了适合于细胞生长及包裹细胞的水凝胶，同时利用酶预交联及三维打印成型后物理交联，实现具有分层的人工皮肤结构。获得的人工皮肤具有类似于人体皮肤的力学性能，可用于皮肤组织的修复与再生及皮肤类药物模型。

Description

一种水凝胶和应用该水凝胶的人工皮肤及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料领域，尤其涉及一种水凝胶和应用该水凝胶的人工皮肤及其制备方法。
背景技术
皮肤是覆盖和保护体表的重要组织器官。由于炎症、溃疡、外伤、烧伤、手术等原因常造成皮肤的缺损和异常。对于这种组织缺损目前多采用自体皮肤移植的方法，这不仅造成供皮区新的创伤缺陷，而且经常受到供皮来源的限制。
随着组织工程技术的发展，制备人工皮肤已成为热点。理想的组织工程话皮肤能够模仿天然皮肤的结构，具有表皮层和真皮层的复合型皮肤。
为了解决皮肤缺损问题，美国已开发出数十种皮肤替代材料，包括有同种异体皮肤、异种皮肤、无细胞皮肤组织工程支架和人工合成材料皮肤。同种异体皮肤有AllopatchHDTM、AlloskinTM、等十余种，无细胞组织工程支架包括有IntegraTM等多种皮肤替代材料，这些材料都存在免疫排斥火车需要再次制皮等问题。
我国在皮肤缺损治疗领域的发展较晚，经过近十年来的发展，有部分产品已上市，例如第四军医大学金岩教授开发的含人体表皮细胞合成纤维细胞的人工皮肤，也有部分产品进入开发应用阶段，例如，中国专利CN1485099A公开了一种人工皮肤的制备方法，制备一种含表皮层和真皮层的人工皮肤，但该皮肤存在表皮层和真皮层易于分离和无法耐受手术缝合的问题。中国专利CN101716376公开了一种生长因子缓释型双层人工皮肤，中国专利CN1785444公开了一种胶原-壳聚糖和硅橡胶双层皮肤再生支架及其制备方法，这些产品均存在表皮层与人工皮肤力学性能不匹配和需要二次植皮的问题。
因此，我们需要一种新的人工皮肤及其制备方法。
发明内容
本发明解决了上述问题，并且，本发明的一个目标是提供一种水凝胶，适合于细胞生长。本发明的另一个目标是提供一种利用所述水凝胶制备的人工皮肤。
为了实现上述目的，本发明一例示性实施例提供一种水凝胶，适合于细胞生长及包裹细胞。所述水凝胶由前驱体和胶原水溶液混合通过酶预交联和打印过程物理交联双交联发而成，其中，所述前驱体为壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸的水溶液；所述壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸的质量百分比浓度为：壳聚糖5～12％；酪氨酸酶3～9％；透明质酸3～10％。
在本发明一实施例中，所述胶原水溶液为将灭菌后的胶原以质量百分浓度为5～10％的浓度溶解于灭菌培养液后获得的混合溶液。
在本发明一实施例中，所述水凝胶在剪切率为10S-1时的黏度范围为10～100Pa·S。
本发明还提供一种人工皮肤，所述人工皮肤包含至少四层皮层，每一所述皮层均由上述水凝胶制成。
在本发明一实施例中，每一所述皮层的厚度为400微米。
本发明还提供一种上述人工皮肤的制备方法，包括以下步骤：S10、制备如权利要求1所述的水凝胶；S20、利用三维打印技术构建一皮层；S30、利用超声雾化戊二醛或N-羟基丁二酰亚胺溶液，用以对步骤S20构建的皮层进行交联；重复步骤S20和S30，获得多层分成人工皮肤。
在本发明一实施例中，所述步骤S10包括：S101、将壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸按照以下质量百分比浓度溶解于37℃的去离子水，其中，
壳聚糖 5～12％；
酪氨酸酶 3～9％；
透明质酸 3～10％；
S102、对步骤S101获得的溶液灭菌后获得前驱体；
S103、将胶原经乙醇熏蒸后灭菌，按照质量百分比浓度5～10％分散于灭菌培养液中，充分溶解；
S104、将步骤S103获得的混合液与步骤S102获得的前驱体混合，获得所述水凝胶。通过改变高分子浓度及交联剂浓度控制所述水凝胶的黏度。
在本发明一实施例中，在所述步骤S20中，控制每层皮层的尺寸为200～400微米，空隙率为0～60％。
在本发明一实施例中，在所述步骤S30中，所述戊二醛及N-羟基丁二酰亚胺溶液的质量百分比浓度为0.1～0.25％。
根据本发明的上述描述，本发明采用胶原、透明质酸及壳聚糖等天然高分子材料制成了适合于细胞生长及包裹细胞的水凝胶，同时利用酶预交联及三维打印成型后物理交联，实现具有分层的人工皮肤结构。获得的人工皮肤具有类似于人体皮肤的力学性能，可用于皮肤组织的修复与再生及皮肤类药物模型。
具体实施方式
以下，对本发明的一些示例性实施例进行描述。
实施例一、水凝胶及其制备
本实施例提供一种水凝胶及其制备方法。所述水凝胶适合于细胞生长及包裹细胞。所述由前驱体和胶原水溶液混合而成。制备方法为：首先，将壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸按照以下质量百分比浓度溶解于37℃的去离子水：5～12％的壳聚糖、3～9％的酪氨酸酶、3～10％的透明质酸，充分溶解后经滤菌器过滤除菌，获得前驱体；然后，将胶原经乙醇熏蒸后在紫外灯下照射24小时彻底灭菌，按照质量百分比浓度5～10％分散于灭菌培养液中，充分溶解；最后，将前驱体与胶原溶液混合，通过改变高分子浓度及交联剂浓度，控制所述水凝胶在剪切率为10S-1时的黏度范围为10～100Pa·S，获得所述水凝胶。
实施例二、人工皮肤及其制备
本实施例提供一种人工皮肤及其制备方法。所述人工皮肤包含至少四层，每一所述皮层均由实施例一制得的水凝胶制成，每一所述皮层的厚度为400微米。所述人工皮肤的制备方法具体包括以下步骤：
S101、将壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸按照以下质量百分比浓度溶解于37℃的去离子水，
壳聚糖 5～12％；
酪氨酸酶 3～9％；
透明质酸 3～10％；
S102、将步骤S101获得的溶液经滤菌器过滤除菌后获得前驱体；
S103、将胶原经乙醇熏蒸后在紫外灯下照射24小时彻底灭菌，按照质量百分比浓度5～10％分散于灭菌培养液中，充分溶解；
S104、将步骤S103获得的混合液与步骤S102获得的前驱体混合，通过改变高分子浓度、交联剂浓度控制所述水凝胶在剪切率为10S-1时的黏度范围为10～100Pa·S，获得所述水凝胶；
S20、利用三维打印技术构建一皮层，控制每层皮层的尺寸为200～400微米，空隙率为0～60％；
S30、利用超声雾化质量百分比浓度为0.1～0.25％的戊二醛或N-羟基丁二酰亚胺溶液，用以对步骤S20构建的皮层进行交联；重复步骤S20和S30，获得多层分成人工皮肤。
如上描述的，本发明采用胶原、透明质酸及壳聚糖等天然高分子材料制成了适合于细胞生长及包裹细胞的水凝胶，同时利用酶预交联及三维打印成型后物理交联，实现具有分层的人工皮肤结构。获得的人工皮肤具有类似于人体皮肤的力学性能，可用于皮肤组织的修复与再生及皮肤类药物模型。
尽管为了说明的目的而描述了本发明的一较佳实施例，本领域技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神下，多种修改、添加或替换是可行的。本发明的范围应在所附权利要求的基础上，以一种所述技术思路包含在与属于本发明的权利要求相当的范围内的方式进行解释。

Claims (7)

1.一种水凝胶，适合于细胞生长及包裹细胞，其特征在于，所述水凝胶由前驱体和胶原水溶液混合后通过酶预交联而成，其中，
所述前驱体为壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸的水溶液；所述壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸的质量百分比浓度为：
壳聚糖 5～12％；
酪氨酸酶 3～9％；
透明质酸 3～10％；
所述胶原水溶液为将灭菌后的胶原以质量百分浓度为5～10％的浓度溶解于灭菌培养液后获得的混合溶液；并且，所述水凝胶在剪切率为10S-1时的黏度范围为10～100Pa·S。
2.一种人工皮肤，其特征在于，所述人工皮肤包含至少四层皮层结构，每一所述皮层均由权利要求1所述的水凝胶制成。
3.如权利要求2所述的人工皮肤，其特征在于，每一所述皮层的厚度为400微米。
4.一种如权利要求2所述的人工皮肤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、制备如权利要求1所述的水凝胶；S20、利用三维打印技术构建一皮层；S30、利用超声雾化戊二醛溶液或N-羟基丁二酰亚胺溶液，用以对步骤S20构建的皮层进行交联；重复步骤S20和S30，获得多层分成人工皮肤。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
S101、将壳聚糖、酪氨酸酶及透明质酸按照以下质量百分比浓度溶解于37℃的去离子水，
壳聚糖 5～12％；
酪氨酸酶 3～9％；
透明质酸 3～10％；
S102、对步骤S101获得的溶液灭菌后获得前驱体；
S103、将胶原经乙醇熏蒸后灭菌，按照质量百分比浓度5～10％分散于灭菌培养液中，充分溶解；
S104、将步骤S103获得的混合液与步骤S102获得的前驱体混合，获得所述水凝胶；所述水凝胶在剪切率为10S-1时的黏度范围为10～100Pa·S。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S20中，控制每层皮层的尺寸为200～400微米，空隙率为0～60％。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S30中，所述戊二醛溶液或N-羟基丁二酰亚胺溶液的质量百分比浓度为0.1～0.25％。
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