[發(fā)明專利]基于3D打印的含血管及毛囊結(jié)構(gòu)組織工程皮膚及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810340531.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN108525021B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于保鋒;曾思衡;傅松濤;解軍;李靜靜;袁洋洋;姚志堅(jiān);張麗娜;王萱;馬培元;田九博;穆秀麗;孟濤濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西醫(yī)科大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/60
• 分類號(hào): A61L27/60;A61L27/40;A61L27/36;A61L27/38;A61L27/56;A61L27/54;A61L27/50;B33Y80/00;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 太原華弈知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 14108
• 代理人: 李毅

本發(fā)明涉及一種基于3D打印的含血管及毛囊結(jié)構(gòu)組織工程皮膚及其制備方法，所述組織工程皮膚由表皮層、脫細(xì)胞真皮支架和真皮層構(gòu)成，表皮層以表皮干細(xì)胞作為種子細(xì)胞，與載體水凝膠復(fù)合后，通過3D打印機(jī)打印在脫細(xì)胞真皮支架的上表面，分化形成正常表皮結(jié)構(gòu)，真皮層以骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、毛乳頭細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞作為種子細(xì)胞，與載體水凝膠復(fù)合，通過3D打印機(jī)在脫細(xì)胞真皮支架的下表面打印復(fù)合有細(xì)胞因子的明膠緩釋微球，同時(shí)將種子細(xì)胞的水凝膠復(fù)合物打印在明膠緩釋微球中，形成具有三維立體空間結(jié)構(gòu)的真皮結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于再生醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用組織工程方法構(gòu)建的人體皮膚器官，特別是涉及通過3D打印構(gòu)建的含有血管及毛囊結(jié)構(gòu)的組織工程皮膚。

背景技術(shù)

皮膚是覆蓋于人體表面用以保護(hù)人體的重要器官。然而，各類疾病如大面積燒傷、手術(shù)、外傷、皮膚潰瘍等均可造成皮膚損傷。對(duì)于一些面積大、程度嚴(yán)重的皮膚缺損，現(xiàn)在一般是采用自體移植方法進(jìn)行治療。但這種方法不僅會(huì)對(duì)供皮區(qū)造成新的損傷，而且經(jīng)常受到自體皮膚來源有限的影響。同時(shí)，移植物還經(jīng)常與移植部位存在著色澤、質(zhì)地、甚至功能上的差異。

組織工程是以工程學(xué)與生命科學(xué)相結(jié)合，研究開發(fā)用于組織和器官修復(fù)、改善及功能維持的生物替代物。

傳統(tǒng)的組織工程中，對(duì)受損器官的修復(fù)主要是將細(xì)胞在體外培養(yǎng)擴(kuò)增后，附著在預(yù)先設(shè)計(jì)好的生物支架材料上，構(gòu)成“細(xì)胞+支架”復(fù)合體，植入機(jī)體中相應(yīng)的病損部位。隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖，支架材料逐漸降解，最后形成具有生理功能和結(jié)構(gòu)的組織或器官，從而達(dá)到組織器官修復(fù)或再生的目的。

傳統(tǒng)組織工程的局限性主要包括：(1)人體的組織和器官是由多種細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成的，很難將這些成份同時(shí)植入到固體支架中；(2)難以在三維支架結(jié)構(gòu)中精確沉積不同種類的細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)；(3)受支架技術(shù)空間分辨率的限制，細(xì)胞滲透到支架材料內(nèi)部的速度較慢；(4)所形成的組織或器官內(nèi)無血管，氧氣和養(yǎng)料供應(yīng)不足，容易引起組織或器官壞死；(5)細(xì)胞作為構(gòu)成人類器官的基本單元，其尺寸在幾微米到幾十微米的范圍內(nèi)，調(diào)控細(xì)胞分布的分辨率需控制在10μm以下，采用傳統(tǒng)組織工程技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)如此小的分辨率。

因此，如何在三維尺度上精確控制不同種類細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)的分布，并形成與人體組織或器官相似的三維構(gòu)造體，是傳統(tǒng)組織工程所面臨的一大難題。

組織工程皮膚是所有組織工程器官中發(fā)展速度最快，也是目前技術(shù)最為成熟的組織工程產(chǎn)品。組織工程皮膚是通過體外培養(yǎng)擴(kuò)增大量功能細(xì)胞，復(fù)合到支架材料上，通過細(xì)胞與支架的相互作用，誘導(dǎo)、生長(zhǎng)形成三維的有活性的皮膚替代物。然而，目前技術(shù)制備的組織工程皮膚距理想的永久性皮膚替代物有一定差距，尚不能在組織工程皮膚中構(gòu)建出皮膚的附屬器結(jié)構(gòu)，如皮脂腺、汗腺等，以及組織工程能夠長(zhǎng)期存活所需要的血管。

近年來，3D打印技術(shù)在制造工程領(lǐng)域異軍突起，并開始向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域延伸。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的3D打印技術(shù)稱作3D生物打印技術(shù)。在3D生物打印過程中，細(xì)胞(或細(xì)胞聚集體)與溶膠(水凝膠的前驅(qū)體)被同時(shí)置于打印機(jī)噴頭中，由計(jì)算機(jī)控制含細(xì)胞液滴的沉積位置，在指定位置逐點(diǎn)打印，打印完一層繼續(xù)打印另一層，層層疊加形成三維多細(xì)胞/凝膠體系，自組裝形成組織或器官。3D生物打印技術(shù)保證了不同種類細(xì)胞的位置和分布的準(zhǔn)確性，為解決傳統(tǒng)組織工程皮膚制備問題帶來了新的解決方案。

細(xì)胞打印的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：(1)能同時(shí)構(gòu)建出具有生物活性的二維或三維“多細(xì)胞/材料”體系；(2)能在時(shí)間和空間上準(zhǔn)確沉積不同種類的細(xì)胞；(3)能構(gòu)建出細(xì)胞所需的三維微環(huán)境。

組織工程面臨的挑戰(zhàn)之一就是如何將細(xì)胞組裝成具有血管化的組織或器官。目前雖然已經(jīng)制備了一些3D打印的皮膚材料，但仍未能在皮膚材料中構(gòu)建出完整的血管和毛囊等附屬器官。

發(fā)明內(nèi)容