CN109675119A - 一种用于慢性创面治疗的人工真皮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于慢性创面治疗的人工真皮及其制备方法，所述用于慢性创面治疗的人工真皮包括纤维网状的聚合物支架和填充于所述聚合物支架中的亲水性可生物降解材料；所述聚合物支架包括无定形多聚磷酸盐和疏水性可生物降解材料。无定形多聚磷酸盐可在碱性磷酸酶的作用下水解释放出磷酸根单体和大量能量，为细胞外新陈代谢提供直接的营养和能量来源；纤维网状结构的聚合物支架能够增大无定形多聚磷酸盐与创伤面的接触面积，使无定形多聚磷酸盐均匀分布和缓慢释放，从而在慢性创面愈合过程中充分发挥功效。本发明创造的用于慢性创面治疗的人工真皮为创面微环境提供了能量和营养、促进血管和组织再生，促使慢性创面高效修复。

Description

一种用于慢性创面治疗的人工真皮及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料领域，具体涉及一种用于慢性创面治疗的人工真皮及其制备方法。

背景技术

传统上的慢性创面治疗方法是进行自体皮肤移植或同种异体、异种异体皮肤移植。但是移植自体皮肤会在供皮区造成新的创面缺损，不适用于自体皮有限的患者；同种异体和异种皮肤移植则易引起免疫排斥反应或增加传染疾病的感染风险。

自二十世纪八十年代以来，组织工程皮肤的快速发展为慢性创面的治疗提供了新的选择。多种人工皮肤产品已被研发出来并投入临床使用，如Integra、Pelnac、Alloderm、Dermagraft等。Integra是以胶原为主要成分的人工皮肤系列产品，其结构与正常皮肤的结构类似，具有良好的生物相容性，能够为成纤维细胞、血管内皮细胞的迁移、长入、增殖提供良好的微环境，促进类真皮组织的形成，最终促进创面愈合。但上述人工皮肤系列产品的疗效不佳，如血管化慢、抗菌性差等。而目前的改进策略多集中于改善抗菌性这一方面，例如，在人工皮肤的原料中添加PHMB、抗生素、溶菌酶等。中国专利CN106693075A报道了一种抗菌人工真皮支架及其制备方法，该抗菌人工真皮支架是通过在胶原蛋白支架中引入溶菌酶所得，能够抗菌、缓解创面感染，但创面的恢复效果不佳且缓慢。

研究表明，创面再生部位的能量供应与伤口愈合动力学息息相关，是创面修复的过程中一大重要影响因素。慢性创面的恢复是需要持续供应能量的过程，需要维持细胞内的ATP水平，从而提升伤口愈合和组织再生的效率。而现有技术中的人工皮肤应用于慢性创面的治疗时，能量供应不足，进而组织摄取营养困难、代谢产物排泄慢，才导致了细胞和组织难以再生、感染风险高。

并且，组织再生是一个由多种生长因子控制的过程，相关生长因子由浸润的表皮和真皮细胞分泌的，进一步诱导和维持细胞的增殖和迁移，诱使创面组织内血管化，为表皮提供合适的微环境，促进创面上皮化和恢复。而现有技术中的人工皮肤缺乏促进相关生长因子分泌和改善创面微环境的功效，使得创面恢复的疗效不佳。

因此亟需对人工皮肤产品作进一步改造，以改善慢性创面存在的微循环不良、营养不足、难以再生等问题，促使慢性创面高效修复。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于慢性创面治疗的人工真皮及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种用于慢性创面治疗的人工真皮，包括纤维网状的聚合物支架和填充于所述聚合物支架中的亲水性可生物降解材料；所述聚合物支架由包括无定形多聚磷酸盐和疏水性可生物降解材料的原料制得；

由于碱性磷酸酶活性高，易溶于水的无定形多聚磷酸盐很快被碱性磷酸酶水解，为了达到缓释无定形多聚磷酸盐的效果，本发明优选难溶于水的无定形多聚磷酸盐，因此不能将其与水相的亲水性可生物降解材料直接混溶以制备人工真皮产品，否则，无定形多聚磷酸盐颗粒分布不均且在静置成型过程中发生沉降，最终无定形多聚磷酸盐颗粒聚集在背离创面的层面，难以发挥其促进血管再生的功能。所以，本发明先将难溶于水的无定形多聚磷酸盐与疏水性可生物降解材料充分混合，制备成纤维网状的聚合物支架，然后均匀分布于亲水性可生物降解材料中，以达到在人工真皮中均匀分布无定形多聚磷酸盐以及在创面缓释无定形多聚磷酸盐的目的，充分发挥无定形多聚磷酸盐的治疗功效。

在一些优选的实施方式中，所述聚合物支架由所述原料经静电纺丝制得。

亲水性可生物降解材料是人工真皮中不可缺少的原料，而无定形多聚磷酸盐无法直接溶于水相的亲水性可生物降解材料中，因此，将无定性多聚磷酸盐与疏水性可生物降解材料通过静电纺丝法制备成纤维网状的聚合物支架，再将其均匀分布于水相的亲水性可生物降解材料中，以制备人工真皮产品。

在一些优选的实施方式中，所述疏水性可生物降解材料为聚乳酸(PLA)、聚乳酸羟基乙酸(PLGA)中的至少一种。

聚乳酸或聚乳酸羟基乙酸不仅发挥其疏水性性质的作用，能与无定形多聚磷酸盐混合，而且聚乳酸或聚乳酸羟基乙酸可被降解，释放出乳酸，刺激血管再生，进一步提升人工真皮的治疗功效。因此，本发明所述的疏水性可生物降解材料优选疏水性、能释放乳酸的可生物降解材料。

在一些优选的实施方式中，所述无定形多聚磷酸盐为无定形多聚磷酸钙、无定形多聚磷酸镁、无定形多聚磷酸锌中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述亲水性可生物降解材料为胶原、明胶、海藻酸、壳聚糖、硫酸软骨素、透明质酸中的至少一种。

含有无定形多聚磷酸盐的纤维均匀分布在亲水性可生物降解材料，相当于该纤维网状的聚合物支架的孔隙被亲水性可生物降解材料充分填充。

在一些优选的实施方式中，所述亲水性可生物降解材料为胶原或胶原混合物，所述胶原混合物包括胶原与和共混料，所述共混料包括明胶、海藻酸、壳聚糖、硫酸软骨素、透明质酸中的至少一种。

胶原是人体皮肤的主要成分之一，其生物相容性好、免疫原性低，是优选的亲水性可生物降解材料。由于用来溶解无定形多聚磷酸盐的有机溶剂会导致胶原变形，使得无定形多聚磷酸盐多集中在产品表面，造成无定形多聚磷酸盐的突释，无法实现缓释效果等，因此，不能直接将溶于有机溶剂的无定形多聚磷酸盐直接与胶原溶液或胶原混合物溶液混合，需先采用静电纺丝法制备含有无定形多聚磷酸盐的纤维网状的聚合物支架，尽量去除溶解无定形多聚磷酸盐的有机溶剂，然后将所得纤维网状的聚合物支架均匀分布于水相的胶原或胶原混合物中，达到了在胶原或胶原混合物中均匀分布无定形多聚磷酸盐/疏水性可生物降解材料和在创面稳定缓释无定形多聚磷酸盐/疏水性可生物降解材料的目的。

在一些优选的实施方式中，所述亲水性可生物降解材料由胶原与硫酸软骨素复合而成。

本发明还提供一种上述的用于慢性创面治疗的人工真皮的制备方法，包括以下步骤：

将无定形多聚磷酸盐与疏水性可生物降解材料溶于第一溶剂中，混合反应得到纺丝液，通过静电纺丝法制备纤维网状的聚合物支架；将所得纤维网状的聚合物支架浸入亲水性可生物降解材料中，冷冻干燥。

在一些优选的实施方式中，所述亲水性可生物降解材料为胶原混合物，通过包括以下的制备步骤制得：取胶原和共混料溶于第二溶剂中，混合反应得到悬液，离心，然后将离心后的沉淀物再次溶解；所述共混料包括明胶、海藻酸、壳聚糖、硫酸软骨素、透明质酸中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述第一溶剂包括氯仿、四氢呋喃、三氯甲烷中至少一种。

在一些优选的实施方式中，用于慢性创面治疗的人工真皮的制备方法还包括将所述冷冻干燥制得的材料进行交联反应的步骤。

在一些优选的实施方式中，所述交联反应具体为：取所述冷冻干燥制得的材料浸泡于戊二醛-醋酸溶液中，进行交联反应。

本发明的有益效果是：

本发明的人工真皮包括含有无定形多聚磷酸盐的纤维网状的聚合物支架，在慢性创面的微环境中，无定形多聚磷酸盐可在碱性磷酸酶的作用下水解释放出磷酸根单体和大量能量，为细胞外新陈代谢提供直接的营养和能量来源；并且能够强烈促进微血管加速形成，提高皮肤中Ⅰ和Ⅲ型胶原、α-平滑肌肌动蛋白和Ⅰ型纤溶酶原激活物抑制因子的表达，提高上皮化速率。此外，纤维网状的结构能够增大无定形多聚磷酸盐与创伤面的接触面积，并且能够使得无定形多聚磷酸盐随着疏水性可生物降解材料的分解而缓慢释放至创伤面，从而在慢性创面愈合过程中充分发挥功效；相较于将无定形多聚磷酸盐以非纤维网状聚合物支架的形式融合进人工真皮，本发明采用的纤维网状的聚合物支架的结构使得无定形多聚磷酸盐的缓释效果更好，能够充分发挥其功效。

纤维网状的聚合物支架中的孔隙被亲水性可生物降解材料填充，模拟了皮肤的细胞外基质结构，且具有较厚的厚度，具备良好的机械性能；成纤维细胞、血管内皮细胞等细胞迁移入孔隙,并沿着连通孔隙生长增殖，实现真皮层的再生，促进细胞的生长和迁移，促进创面恢复。

本发明的人工真皮为慢性创面的愈合提供了所需的营养和能量、促进了相关基因的表达，改善了慢性创面存在的微循环不良、营养不足、难以再生等问题，降低创面感染风险，促使细胞和组织再生，促使慢性创面高效修复。

作为本发明进一步的有益效果：

本发明中疏水性可生物降解材料采用聚乳酸、聚乳酸羟基乙酸等材料，该材料能够降解释放出乳酸，乳酸可通过靶向结合巨噬细胞表面GPR81受体，募集创面中的内皮前体细胞促进血管再生，活化原胶原因子，增强细胞外基质沉积，促进糖尿病或非糖尿病全厚皮肤缺损创面等慢性创面的愈合。

本发明中亲水性可生物降解材料采用胶原等物质，使得冷冻干燥后形成的胶原支架能够为细胞的迁入和生长、毛细血管的长入提供良好的微环境，进而实现类真皮层组织的再生，此外人工真皮中含有的无定型多聚磷酸盐、PLA/PLGA、胶原等物质，协同作用，促进组织再生、提供丰富的营养物质、显著有效的改善了组织血运不佳等问题，促使慢性创面高效修复。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

S1、将无定形多聚磷酸钙溶于氯仿中，充分搅拌，获得质量体积比浓度为10％的无定形多聚磷酸钙溶液；将PLA溶于氯仿中，充分搅拌，获得质量体积比浓度为20％的PLA溶液。将所得无定形多聚磷酸钙溶液与PLA溶液以体积比1:10进行混合，超声15min，获得均匀的混合液，立即转移所得混合液至静电纺丝的注射器中，在17kV下以1mL/h的速率进行静电纺丝，得到含有无定形多聚磷酸钙颗粒的PLA纤维网状的聚合物支架。

S2、将胶原溶于浓度为0.05M的醋酸中，稀释后得质量体积比浓度为0.3％的胶原溶液；将硫酸软骨素溶于0.05M醋酸中，得到质量体积比浓度为1.2mg/mL的硫酸软骨素醋酸溶液。将所得胶原溶液与硫酸软骨素醋酸溶液以体积比2.88:1混合，充分反应，4℃离心，保留下层沉淀，将所得沉淀物用0.05M的醋酸再次溶解，即得到胶原-硫酸软骨素复合液。

S3、将所得含有无定形多聚磷酸钙颗粒的PLA纤维网状的聚合物支架浸泡在所得胶原-硫酸软骨素复合液中2h，超声15min后倒入模具中，置于-60℃冰箱中预冻2h，成型后转移至冷冻干燥机中，冷冻干燥24h，得到含无定形多聚磷酸钙颗粒的PLA纤维复合支架。

S4、将所得含有无定形多聚磷酸钙颗粒的PLA纤维复合支架浸泡于戊二醛-醋酸溶液中进行交联反应，该戊二醛-醋酸溶液中戊二醛体积分数为0.1％，醋酸浓度为0.3mol/L。24h后取出纤维复合支架，超纯水清洗7次，磷酸盐缓冲液清洗2次，保存于磷酸盐缓冲液中。

S5、包装，高能电子束辐照灭菌，得到用于慢性创面治疗的人工真皮产品。

将本实施例中制备得到的人工真皮应用于慢性创面愈合实验，实验结果显示该人工真皮具有较好的慢性创面愈合效果。此外，经实验研究，在慢性创面治疗中，本发明的人工真皮中使用的无定形的多聚磷酸钙和多聚磷酸镁纳米颗粒，无论是单独作用或者是与胶原或海藻酸形成复合体，均能在碱性磷酸酶的作用下水解释放出磷酸根单体和大量能量，为细胞外新陈代谢提供直接的营养和能量来源，强烈促进加速微血管形成，促进胶原相关基因的表达，提高创面上皮化速率。与之相反，在本发明的人工真皮结构中使用多聚磷酸钠纳米颗粒则对慢性创面愈合无明显促进作用。

并且，本技术方案模拟皮肤的细胞外基质结构而制备具有50-200μm的孔隙的纤维网状结构的聚合物支架，并填充胶原共混物于孔隙内，使得成纤维细胞、血管内皮细胞等细胞迁移入其中,沿着连通孔隙生长增殖，实现真皮层的再生，促进创面的愈合。

实施例2

S1、将无定形多聚磷酸镁溶于氯仿中，充分搅拌，获得质量体积比浓度为10％的无定形多聚磷酸镁溶液；将PLGA溶于氯仿中，充分搅拌，获得质量体积比浓度为20％的PLGA溶液。将所得无定形多聚磷酸镁溶液与PLGA溶液以体积比1:10进行混合，超声15min，获得均匀的混合液，立即转移所得混合液至静电纺丝的注射器中，在17kV下以1mL/h的速率进行静电纺丝，得到含无定形多聚磷酸镁颗粒的PLGA纤维网状的聚合物支架。

S2、将胶原溶于超纯水中，稀释后得质量体积比浓度为0.3％的胶原溶液；将硫酸软骨素溶于0.05M醋酸中，得到质量体积比浓度为2.4mg/mL硫酸软骨素醋酸溶液。将所得胶原溶液与硫酸软骨素醋酸溶液以体积比2.88:1混合，充分反应，4℃离心，保留下层沉淀，将所得沉淀物用0.05M的醋酸再次溶解，即得到胶原-硫酸软骨素复合液。

S3、将所得含有无定形多聚磷酸镁颗粒的PLGA纤维网状的聚合物支架浸泡在所得胶原-硫酸软骨素复合液中2h，超声15min后倒入模具中，置于-60℃冰箱中预冻2h，成型后转移至冷冻干燥机中，冷冻干燥24h，得到含无定形多聚磷酸镁颗粒的PLGA纤维复合支架。

S4、将所得含有无定形多聚磷酸镁颗粒的PLA纤维复合支架浸泡于戊二醛-醋酸溶液中进行交联反应，该戊二醛-醋酸溶液中戊二醛体积分数为0.1％，醋酸浓度为0.3mol/L。24h后取出纤维复合支架，超纯水清洗7次，磷酸盐缓冲液清洗2次，保存于磷酸盐缓冲液中。

S5、包装，高能电子束辐照灭菌，得到用于慢性创面治疗的人工真皮产品。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于慢性创面治疗的人工真皮，其特征在于，包括纤维网状的聚合物支架和填充于所述聚合物支架中的亲水性可生物降解材料；所述聚合物支架由包括无定形多聚磷酸盐和疏水性可生物降解材料的原料制得。

2.根据权利要求1所述的用于慢性创面治疗的人工真皮，其特征在于，所述聚合物支架由所述原料经静电纺丝制得。

3.根据权利要求1所述的用于慢性创面治疗的人工真皮，其特征在于，所述疏水性可生物降解材料为聚乳酸、聚乳酸羟基乙酸中的至少一种。

4.根据权利要求1-3所述的用于慢性创面治疗的人工真皮，其特征在于，所述无定形多聚磷酸盐为无定形多聚磷酸钙、无定形多聚磷酸镁、无定形多聚磷酸锌中的至少一种。

5.根据权利要求1-3所述的用于慢性创面治疗的人工真皮，其特征在于，所述亲水性可生物降解材料为胶原、明胶、海藻酸、壳聚糖、硫酸软骨素、透明质酸中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的用于慢性创面治疗的人工真皮，其特征在于，所述亲水性可生物降解材料为胶原或胶原混合物，所述胶原混合物包括胶原和共混料，所述共混料包括明胶、海藻酸、壳聚糖、硫酸软骨素、透明质酸中的至少一种。

7.权利要求1-6任一项所述的用于慢性创面治疗的人工真皮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

取无定形多聚磷酸盐与疏水性可生物降解材料溶于第一溶剂中，混合得到纺丝液，将所述纺丝液通过静电纺丝法制备得到纤维网状的聚合物支架；将所述聚合物支架浸入亲水性可生物降解材料中，冷冻干燥。

8.根据权利要求7所述的用于慢性创面治疗的人工真皮的制备方法，其特征在于，所述亲水性可生物降解材料为胶原混合物，通过包括以下的制备步骤制得：取胶原和共混料溶于第二溶剂中，混合反应得到悬液，离心，然后将离心后的沉淀物再次溶解。

9.根据权利要求7或8所述的用于慢性创面治疗的人工真皮的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂包括氯仿、四氢呋喃、三氯甲烷中至少一种。

10.根据权利要求7或8所述的用于慢性创面治疗的人工真皮的制备方法，其特征在于，还包括将所述冷冻干燥制得的材料进行交联反应的步骤。