CN111700713A

CN111700713A - 一种人工皮肤

Info

Publication number: CN111700713A
Application number: CN202010588871.5A
Authority: CN
Inventors: 林孔华; 陈建凤
Original assignee: Fujian Huamin Biotechnology Co ltd
Current assignee: Fujian Huamin Biotechnology Co ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2020-09-25

Abstract

本发明公开了一种新型的人工皮肤，其由表皮层和真皮层构成，所述表皮层为强度加强的抗菌性硅胶膜，所述真皮层是由变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白构成的三维多孔结构。本发明人工皮肤具有良好的抗菌效果，且可与自体网状植皮一起使用，实现一步移植治疗，以大大缩短手术时间，并避免二次手术治疗，其还可缩短皮肤的修复时间，因此具有良好的应用价值及市场推广前景。

Description

一种人工皮肤

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种新型的人工皮肤。

背景技术

皮肤是人体最大的器官，它不仅对保护机体内环境稳定、抵御外界刺激和病原菌入侵起到重要作用，还具有保水、分泌、排泄、感觉、体温调节和免疫的等功能。当由于意外烧伤、皮肤溃疡等原因导致大面积皮肤缺损后，自体很难保持原有的形态和功能，容易导致体液流失，外界细菌侵入感染。如果不及时对皮肤进行保护会引起休克，威胁患者的生命安危。为解决这一问题，人们通常采用人工皮肤来保护烧伤等患者。

目前使用的人工皮肤大多具有表皮层和真皮层，其中，表皮层多采用致密硅胶膜，而真皮层多采用三维多孔胶原。当人工皮肤植入烧伤缺损部位后，剩下的创面基底或周围组织的纤维母细胞和毛细血管会进入人工皮肤来修复烧伤的创面，同时人工皮肚自身会逐渐被分解，最终形成类似真皮的组织，这个过程通常需要2-4个星期左右。待形成良好的创面组织以后，还需要把表皮的硅胶膜去掉，2期移植自体表皮来愈合皮肤。也就是说，现在的人工皮肤治理需要2次手术，即先移植人工皮肤等2-4个星期真皮创面修复后，再移植自体表皮。这样从皮肤创伤到表皮的愈合至少需要4个星期以上。因表皮对病原菌入侵等有着极其重要的作用，早期愈合对提高救命率有着极其重要的作用。另外，大面积烧伤患者的全身状态不良容易引起感染。因此，开发具有抗菌能力，且可以与自体表皮同时移植的人工皮肤是目前世界上发展新型人工皮肤的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的人工皮肤，其具有良好的抗菌效果，可有效避免创面感染的发生；且其可与自体表皮一起使用实现一步移植治疗，避免了现有技术需先移植人工皮肤再移植自体表皮的2期手术治疗的缺陷，从而提高了对大面积烧伤患者的救命率，其具有良好的应用价值及市场推广前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种人工皮肤，由表皮层和真皮层构成，所述表皮层为强度加强的抗菌性硅胶膜，其可以让新鲜氧气和水蒸汽通过，并可防止细菌进入；所述真皮层是由变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白构成的三维多孔结构，其中，变性胶原蛋白可以促进成纤维细胞和血管细胞早期进入人工皮肤，促进创面形成真皮组织，纤维化胶原蛋白可以提高人工皮肤的机械强度并防止瘢痕挛缩。当该人工皮肤与自体表皮一起使用时，通过控制变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白的交联度，可使其在保持适当的机械强度的同时，较快地降解变成胶原凝胶，进一步促进表皮生长愈合。

所述强度加强的抗菌性硅胶膜是将网状聚酯纤维、无纺布、丝素蛋白或聚氨酯贴合在硅胶膜靠近真皮层的一面，以实现强度加强，并通过添加抗菌物质，以达到抗感染效果（抗菌物质可以是均匀地涂在硅胶膜表面，也可以与硅橡胶均匀混合制成硅胶膜）。所述抗菌物质可以为银纳米粒子、硝酸银、磺胺嘧啶银等含银物质，四环素、庆大霉素等抗生素，PHMB，双氯苯双胍己烷或氮化硅等。

所述真皮层是将变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白混合后经冷冻干燥、物理交联制备获得（如真空加热交联），其交联度控制在20-50%，孔隙率为80-98%，孔径为50-250μm，以促进创伤治疗和愈合，促使创面肉芽生长，从而实现人工皮肤和自体表皮的一步移植。其中变性胶原蛋白的占比为10-90wt%，优选为30-70wt%。

所用变性胶原蛋白是通过化学或物理处理的方法获得，优选是采用37-120℃加热处理，更优选是50-80℃。纤维化胶原蛋白是用缓冲液中和胶原蛋白后获得不溶性的胶原成分。制备两者所用原料为去端肽的胶原蛋白。

本发明所得人工皮肤表皮层的厚度为3-500μm，真皮层的厚度为1-5mm，优选为2-3mm。人工皮肤的强度为2×10⁵-10×10⁵ dyne/cm²，使得其可以与创伤负压治疗技术(NPWT,Negative Pressure Wound Therapy)等一起使用，加快创面肉芽组织生长，促进早期愈合。

所述人工皮肤中还设置若干贯穿表皮层和真皮层的孔道，以促进创面和人工皮肤的接触、便于创伤积水排出，实现早期创面修复；也有利于与NPWT一起使用。孔道的截面可以是圆形或方形等形状，直径为1-5mm，优选为2-3mm。

所得人工皮肤可通过EOG、γ线等方式灭菌，最好是通过32-35℃、7-9大气压超临界CO₂灭菌，以便保持人工皮肤的三维构造和胶原蛋白特性。

本发明的显著优点在于：

（1）现有产品通常是将抗菌物质加入到人工皮肤的真皮层上，但固定在真皮层上的抗菌物质会随着胶原蛋白的降解而消失，从而失去抗菌能力。本发明将抗菌功能赋予人工皮肤的表皮层上，由于硅胶膜不会被降解，因而固定在表皮层里的抗菌物质可长时间的发挥抗菌功效，这样可以降低大面积烧伤患者的感染，提高救命率，节省医疗资源。

（2）本发明将变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白经交联制备真皮层，并通过控制交联度以在保证其适当稳定性的同时使该人工皮肤在所需时间内凝胶化，既可以促进纤维细胞和血管细胞早期进入人工皮肤，保证创面较快形成真皮组织，促进移植皮肤的生存和扩展，又可以提高人工皮肤的机械强度并防止瘢痕挛缩。这使得本发明人工皮肤可与自体表皮同时移植，实现一次性治疗，避免了现有人工皮肤移植需要2次手术的缺点，不仅可大大缩短皮肤愈合时间，提高对大面积烧伤患者的救命率，还可明显降低患者的痛苦。

（3）本发明人工皮肤的真皮层采用物理交联制备，使其与现有的人工皮肤相比具有更好的安全性。

附图说明

图1为本发明人工皮肤（A）与市售产品1（B）的对比图。由图中可见，本发明人工皮肤真皮层的密度较高。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例

一种人工皮肤，由表皮层和真皮层构成，表皮层为强度加强的抗菌性硅胶膜，真皮层是由变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白构成的三维多孔结构。其具体制备步骤如下：

1）表皮层的制备：在硅橡胶原材料中添加10wt%氮化硅粉末后，将两者混合均匀，在平板表面均匀地摊成200μm厚的薄膜，然后贴上网状聚酯纤维，即形成强度加强的抗菌性硅胶膜；

2）真皮层的制备：将去端肽的牛胶原蛋白溶解后，经90℃加热60分钟，制得变性胶原蛋白；另将去端肽的胶原蛋白溶解在磷酸盐缓冲液中，经37℃加热60分钟，过滤，得纤维化胶原蛋白；将制得的变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白按重量比1:4均匀混合后，于真空度0.05Torr以下冷冻干燥，再经过150℃加热处理8小时，制成厚度为2-3mm的真皮层；

3）人工皮肤的制备：

在表皮层的网状聚酯纤维上均匀涂上一层纤维蛋白胶，然后将制备的真皮层贴上加压，制得所述人工皮肤。所得人工皮肤的强度为5×10⁵ dyne/cm²。

为促进创面与人工皮肤接触、方便伤口废液排出，可在人工皮肤上适当地开孔。孔道的截面可以是圆形或方形等形状，直径为1-5mm，优选为2-3mm。

表1 本发明人工皮肤与其他市售产品的对比

1. 抗菌效果试验

在硅橡胶原材料里分别添加10%、5%、1%、0%的氮化硅粉末，均匀混合后制成不同抗菌物质含量的硅胶膜。然后将硅胶膜切成5 cm×5 cm的试片（每种浓度各12片），经酒精消毒后放在灭菌培养皿中，按6.2×10³~2.5×10⁴个/cm²的细菌浓度分别接种金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，同一菌种在同样的条件下接种6片试片，其中3片直接用于测量细菌数（N0）。剩下的3片添加普通肉汤培养基10mL，在35±1℃、相对湿度90%以上的条件下培养24小时，24小时后，把各个试片上的细菌回收，测量细菌数（Nt），最后根据Nt:N0的比值，确定抗菌效果，如果比值小于10表示没有抗菌效果（用"-"表示），比值在10-100表示有一定的抗菌效果（用"+"表示），比值大于100-1000表示较好的抗菌效果（用"++"表示），比值大于1000表示抗菌效果良好（用"+++"表示）。结果见表2。

表2 表皮层的抗菌效果

2. 真皮层中变性胶原蛋白含量对人工皮肤使用情况的影响

将变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白按不同比例混合，制成含不同变性胶原蛋白含量的各种真皮状海绵，然后把海绵切成4cm²的圆形，放在已经接种有5×10⁵cells/孔纤维细胞的12孔板中，并在37±1℃、相对湿度90%以上的5%CO₂培养箱中培养4-6天，然后把真皮状海绵取出，用福尔马林固定，并进行HE染色，以考察含不同变性胶原蛋白含量的各种真皮状海绵中纤维细胞的长入程度以及真皮状海绵的形态结构维持程度。细胞只部分长入真皮状海绵（不到真皮状海绵一半）的用"+"表示，细胞长入大部分真皮状海绵（超过真皮状海绵一半）的用"++"表示，细胞长入全部真皮状海绵的用"+++"表示。真皮状海绵的形态结构维持程度是根据培养后被降解剩下的真皮状海绵程度来推算，几乎没有剩下的真皮状海绵用"-"表示，剩下的真皮状海绵为原来的1/3以下用"+"表示，剩下的真皮状海绵为原来的1/3-1/2用"++"表示，剩下的真皮状海绵为原来的1/2以上用"+++""表示。结果见表3。

表3 真皮层中变性胶原蛋白含量对人工皮肤使用情况的影响结果

由表3可见，变性胶原蛋白的使用可大大促进细胞的进入，并具有良好降解性能，从而有助于实现烧伤皮肤的快速修复。

3. 本发明的人工皮肤和自体表皮同时移植

1）自体表皮的采取

将8周龄SDC (Sprague Dawley)系老鼠背部中央剃毛消毒干净后，用鼓式取皮机在背部用采皮（面积为2.0cm×2.0cm），取下的皮消毒洗干净后放在生理盐水中保存。

2）全层皮肤缺损准备

取完自体表皮的皮肤处，准备2.0cm×2.0cm的全层皮肤缺损，完全止血后，用生理盐水把缺损部位洗净。

3）人工皮肤和自体表皮移植

将由不同变性胶原蛋白含量制备的2.0cm×2.0cm人工皮肤用生理盐水冲洗后，贴附到全层皮肤缺损处，再把采取的自体表皮平放到人工皮肤上面，用5-0尼龙缝合线把移植的皮肤固定到缺损周边的皮肤上。为保证母床、人工皮肤和自体表皮三者充分密闭保湿，缝合后用医用不织布等敷料适当地在伤口上加压包扎后，用粘性聚氨酯薄膜固定。最后为防止感染，在肌肉和皮下分别注射硫酸阿米卡星5mg/rat和孢菌素钠10mg/rat。

4）定期更换敷料以确定自体表皮的生着

手术后，每隔3-4天更换一次敷料。更换时按麻醉、除去敷料、换上新的敷料、包扎的顺序进行。待手术后14天，麻醉并除去敷料后拆线，看移植的自体表皮是否生着贴附在伤口上。

表4 真皮层中变性胶原蛋白含量对人工皮肤和自体表皮植皮同时移植的影响

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种人工皮肤，由表皮层和真皮层构成，其特征在于：所述表皮层为强度加强的抗菌性硅胶膜，所述真皮层是由变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白构成的三维多孔结构。

2.根据权利要求1所述的人工皮肤，其特征在于：所述强度加强的抗菌性硅胶膜是将网状聚酯纤维、无纺布、丝素蛋白或聚氨酯贴合在硅胶膜靠近真皮层的一面，并添加抗菌物质而制成。

3.根据权利要求2所述的人工皮肤，其特征在于：所述抗菌物质为氮化硅、抗生素、PHMB或含银物质。

4.根据权利要求1所述的人工皮肤，其特征在于：所述真皮层是将变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白混合后经冷冻干燥、物理交联制备获得。

5.根据权利要求1或4所述的人工皮肤，其特征在于：所述真皮层中变性胶原蛋白的占比为10-90wt%。

6.根据权利要求1或4所述的人工皮肤，其特征在于：制备所述变性胶原蛋白和纤维化胶原蛋白的原料为去端肽的胶原蛋白。

7.根据权利要求1或4所述的人工皮肤，其特征在于：所述真皮层的孔隙率为80-98%，孔径为50-250μm。

8.根据权利要求1所述的人工皮肤，其特征在于：所述表皮层的厚度为3-500μm，所述真皮层的厚度为1-5mm。

9.根据权利要求1所述的人工皮肤，其特征在于：所述人工皮肤中设置若干贯穿表皮层和真皮层的孔道；其孔道直径为1-5mm。

10. 根据权利要求1所述的人工皮肤，其特征在于：所述人工皮肤的强度为2×10⁵-10×10⁵ dyne/cm²。