CN107952117A - 3d打印人工皮肤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种3D打印人工皮肤的方法，包含下列步骤：混合自体真皮细胞与水胶材并打印真皮层；混合自体角质细胞与水胶材并于真皮层上打印表皮层；以及将汗腺与毛囊前驱细胞经由表皮层植入打印至真皮层以产生人工皮肤。因使用材料为自体皮肤分离而得，并结合3D打印技术植入汗腺与毛囊前驱细胞得一具有汗腺及毛囊的人工皮肤，促使本发明3D打印人工皮肤的方法所得的人工皮肤为全功能性的皮肤结构。
Description
技术领域
本发明关于一种制备人工皮肤的方法，并且特别地，关于一种3D打印具有汗腺与毛囊的人工皮肤的方法。
背景技术
皮肤是人体最大的组织结构，不仅具有调节体温及防止人体内的水分散失的功能，更是人体防御外界病原和细菌感染的第一道防线。所以每当皮肤有大面积受损时，人体就有脱水及细菌感染引发死亡的危险。
传统处理无法自然愈合的皮肤受损方式有以下几种方法：从病人身上其他部位切取一部分皮肤放在伤口上；或从其他人或哺乳类动物(如：猪)的身上取得皮肤放在伤口上。前者无法取得大量的皮肤，否则易造成身体其他部位引发细菌感染；而后者虽然可以大量生产，但却容易产生排斥反应，从而导致死亡。为了解决以上问题，进而发展出人工皮肤的技术。
习知技术中，可由一哺乳类动物身上取下一含有表皮层与真皮层的动物皮肤予以冻存，而后以去细胞技术移除表皮层以得一不含上皮巢的哺乳动物真皮。将此真皮冷冻干燥后以一压平元件将真皮压平以得该人工皮肤。
而在另一习知技术中，可利用混合的高分子材料(如:水凝胶)定型而得一具有表皮层功能及真皮层功能的人工皮肤。
然而，不论是以哺乳动物取得的人工皮肤，或是以高分子材料定型的人工皮肤，皆无法获得皮肤原有的汗腺与毛囊，使得该人工皮肤丧失排汗与毛囊保护的功能。
由此可见，上述习知技术仍有诸多缺失，实非一良善的设计，而亟待加以改良。有鉴于此，本发明将提出一种具有汗腺与毛囊的3D打印人工皮肤的方法。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种3D打印人工皮肤的方法。根据本发明的一具体实施例，本发明3D打印人工皮肤的方法，其包含下列步骤：S1：混合自体真皮细胞与水胶材并打印真皮层，S2：混合自体角质细胞与水胶材并于真皮层上打印表皮层，S3：将汗腺与毛囊前驱细胞经由表皮层植入打印至真皮层以产生人工皮肤。
其中，所述自体真皮细胞、自体角质细胞及汗腺与毛囊前驱细胞利用自体皮肤分离的方式取得。
另外，本发明3D打印人工皮肤的方法另包含下列步骤：
S4：培养该人工皮肤。其中，步骤S4利用一3D培养生物反应器(bio-reactor)进行人工皮肤培养，藉以加速人工皮肤结构成型及汗腺与毛囊前驱细胞的生长。
于实际应用中，本发明3D打印人工皮肤的方法所述的步骤S1～S4利用一3D打印机完成，且3D打印机通入一压力大于外界气压的气体。
藉由此3D打印机即可完成步骤S1～S4可使该人工皮肤于制作阶段不被外界器皿所污染，并可藉由3D打印机的正压环境，保护制作环境不被外界病菌污染，进而达到人工皮肤的无菌环境，使人工皮肤于使用前不会被病菌感染。
相较于习知技术，本发明3D打印人工皮肤的方法藉由自体皮肤分离出所需的细胞打印出真皮层与表皮层，再利用自体皮肤分离的汗腺与毛囊前驱细胞植入所打印的真皮层以得人工皮肤。因使用材料为自体皮肤分离而得，并结合3D打印技术植入汗腺与毛囊前驱细胞得一具有汗腺及毛囊的人工皮肤，促使本发明3D打印人工皮肤的方法所得的人工皮肤为一可大量制造的可定制化调整汗腺及毛囊疏密程度、无菌且生物相容性高的全功能性皮肤结构。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明具体实施方式以及所附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的步骤流程图。
图2为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的真皮层示意图。
图3为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的表皮层及真皮层示意图。
图4为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的含有汗腺与毛囊前驱细胞的人工皮肤示意图。
图5为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的培养后人工皮肤示意图。
其中，附图标记说明如下：
S1～S4：步骤
12：3D打印机
14：真皮层
16：表皮层
21：自体真皮细胞与水胶材
22：自体角质细胞与水胶材
23：汗腺与毛囊前驱细胞
121、122：打印头
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，图1为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的步骤流程图。在本发明的一实施例中，本发明3D打印人工皮肤的方法，其包含下列步骤：S1：混合自体真皮细胞与水胶材21并打印真皮层14，S2：混合自体角质细胞与水胶材22并于真皮层14上打印表皮层16，S3：将汗腺与毛囊前驱细胞23经由表皮层16植入打印至真皮层14以产生人工皮肤。
其中，所述自体真皮细胞、自体角质细胞及汗腺与毛囊前驱细胞23利用自体皮肤分离方式取得。
于实际应用中，所分离出的自体真皮细胞、自体角质细胞及汗腺与毛囊前驱细胞23可再经一培养程序使细胞增生。
于实际应用中，水胶材为甲壳素(Chitosan)、凝胶(Gelatin)、海藻胶(Alginate)、纤维蛋白原(Fibrinogen)、玻尿酸(Hyaluronic acid)、胶原蛋白(Collagen)或甘油(Glycerol)。
请参阅图2，图2为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的真皮层14示意图。步骤S1以3D打印机12的一打印头121打印自体真皮细胞与水胶材21成所需的真皮层14。其中所打印的真皮层14厚度T1为0.3～3毫米。
请参阅图3，图3为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的表皮层16及真皮层14示意图。步骤S2于真皮层14上藉由3D打印机12的打印头121打印自体角质细胞与水胶材22成所需表皮层16。其中所打印的表皮层16厚度T2为0.03～0.3毫米。
请参阅图4，图4为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的含有汗腺与毛囊前驱细胞23的人工皮肤示意图。步骤S3利用一3D打印机12的另一打印头122在一植入间距P下穿刺表皮层16以进入真皮层14，并达一植入深度D后植入打印该等汗腺与毛囊前驱细胞23。
其中，所述植入最小间距P为0.01～0.1毫米。
再者，所述植入深度D为0.2～2毫米。
于实际应用中，3D打印机12可藉由精准定位控制固定的间距P以得一整齐汗腺或毛囊，或利用不同间距P以得到不同疏密程度的汗腺与毛囊，进而可定制化不同疏密程度及深度的含有汗腺与毛囊的人工皮肤。
其中，步骤S3所使用的温度可为37℃，压力可为0.1～0.2bar，所使用的管径可为100～500微米(μm)，而阀门开启的时间可为100～700微秒(μs)。此外，若所植入的汗腺与毛囊前驱细胞23属成功性植入，当注入毛囊乳突细胞后，将会有汗腺生成。
实际应用中，植入所需的汗腺与毛囊前驱细胞23可包含下列前处理方式：细胞活性的检测、细胞的鉴定、细胞的培养及细胞的放大。
请参阅图5，图5为绘示本发明的3D打印人工皮肤的方法的一具体实施例的培养后人工皮肤示意图。另外，本发明3D打印人工皮肤的方法另包含下列步骤：
S4：培养该人工皮肤。
其中，步骤S4利用一3D培养生物反应器(bio-reactor)进行人工皮肤培养，藉以加速人工皮肤结构成型及汗腺与毛囊前驱细胞23的生长。
于实际应用中，将人工皮肤置于3D培养生物反应器的培养皿内，注入适量的培养液与培养气氛(如：二氧化碳)，保持适当的温度及压力，并以离心方式旋转该培养皿，此时的转速可达5RPM～30RPM，以促进细胞成长。
此外，在培养期间，可定期更换培养液，并一并更换气氛及浓度调整。培养数日后，即可观察到明显毛发生成，此时，该培养的人工皮肤已具有排汗及毛发保护的功能。
于实际应用中，本发明3D打印人工皮肤的方法所述的步骤S1～S4利用一3D打印机12完成，且3D打印机12通入一压力大于外界气压的气体。
藉由此3D打印机12即可完成步骤S1～S4可使该人工皮肤于制作阶段不被外界器皿所污染，并可藉由3D打印机12的正压环境，保护制作环境不被外界病菌污染，进而达到人工皮肤的无菌环境，使人工皮肤于使用前不会被病菌感染。
更进一步地，3D打印机12可通入一利于人工皮肤成型或汗腺与毛囊前驱细胞23成长的气氛，以提升人工皮肤的良率。
利用本发明制备的人工皮肤，因可根据皮肤外型大量定制化生产，对于需植皮治疗的三度烧伤患者，可有效解决原需移植自体健康皮肤的二度受损问题，或以外来人工皮肤的生物相容性问题，并且因本发明制备的人工皮肤已具备汗腺与毛囊，将可促使伤口复原速度加快并恢复原有皮肤功能。
相较于习知技术，本发明3D打印人工皮肤的方法藉由自体皮肤分离出所需的细胞打印出真皮层与表皮层，再利用自体皮肤分离的汗腺与毛囊前驱细胞植入所打印的真皮层以得人工皮肤。因使用材料为自体皮肤分离而得，并结合3D打印技术植入汗腺与毛囊前驱细胞得一具有汗腺及毛囊的人工皮肤，促使本发明3D打印人工皮肤的方法所得的人工皮肤为一可大量制造的可定制化调整汗腺及毛囊疏密程度、无菌且生物相容性高的全功能性皮肤结构。
藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求书的范畴内。
Claims (10)
1.一种3D打印人工皮肤的方法，其包含下列步骤：
S1：混合一自体真皮细胞与一水胶材并打印一真皮层；
S2：混合一自体角质细胞与该水胶材并于该真皮层上打印一表皮层；以及
S3：将多个汗腺与毛囊前驱细胞经由该表皮层植入打印至该真皮层以产生一人工皮肤。
2.如权利要求1所述的3D打印人工皮肤的方法，其中该自体真皮细胞、该自体角质细胞及该汗腺与毛囊前驱细胞为利用一自体皮肤分离的方式取得。
3.如权利要求1所述的3D打印人工皮肤的方法，其中该水胶材为甲壳素(Chitosan)、凝胶(Gelatin)、海藻胶(Alginate)、纤维蛋白原(Fibrinogen)、玻尿酸(Hyaluronic acid)、胶原蛋白(Collagen)或甘油(Glycerol)。
4.如权利要求1所述的3D打印人工皮肤的方法，其中步骤S3利用一3D打印机的一打印头在一植入间距下穿刺该表皮层以进入该真皮层，并达一植入深度后植入打印该汗腺与毛囊前驱细胞。
5.如权利要求4所述的3D打印人工皮肤的方法，其中该植入深度为0.2～2毫米。
6.如权利要求4所述的3D打印人工皮肤的方法，其中该植入间距为0.01～0.1毫米。
7.如权利要求1所述的3D打印人工皮肤的方法，其中该真皮层厚度为0.3～3毫米。
8.如权利要求1所述的3D打印人工皮肤的方法，其中该表皮层厚度为0.03～0.3毫米。
9.如权利要求1所述的3D打印人工皮肤的方法，另包含下列步骤：
S4：培养该人工皮肤；
其中步骤S4利用一3D培养生物反应器进行该人工皮肤培养，藉以加速该人工皮肤结构成型及该汗腺与毛囊前驱细胞的生长。
10.如权利要求9所述的3D打印人工皮肤的方法，其中步骤S1～S4利用一3D打印机完成，且该3D打印机通入一压力大于外界气压的气体。
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