2017-02-28 15:00:27

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人造皮肤(Artificial Skin)人造皮肤是利用工程学和细胞生物学的原理和方法,在体外人工研制的皮肤代用品,用来修复、替代缺损的皮肤组织,按成分不同,可分单纯人工真皮和具有表皮细胞层的活性复合皮。

基本信息

  • 中文名

    人造皮肤

  • 外文名

    Artificial Skin

  • 类别

    皮肤代用品

  • 目的

    修复、替代缺损的皮肤组织

折叠 编辑本段 产生背景

人造皮肤人造皮肤皮肤可以让我们保持体内的水分平衡,而且它也是抵抗外界细菌的一道屏障。如果没有皮肤的保护,重度烧伤者会出现严重脱水,一些危及生命的细菌趁机还会来捣乱。怎么办呢?将健康皮肤移植到受伤区域是解决这一难题的有效方法,但是,可供移植的健康皮肤从何而来呢?

起初,皮肤移植的方式是“拆东墙,补西墙”,即把患者身上健康的皮肤取下来移植到烧伤部位,但这种方法会引起新的伤疤。而且,如果是大面积的烧伤,其正常皮肤所剩无几,那真是“都是洞,砖不够”了。另外,人们也曾经使用尸源性皮肤或猪等异种动物皮肤作为伤口的临时覆盖物,但是常常会发生移植排斥反应。在这种状况下,人造皮肤的研究应运而生。人造皮肤是利用工程学和细胞生物学的原理和方法,在体外人工研制的皮肤代用品,用来修复、替代缺损的皮肤组织。人造皮肤由人工合成,可以极大地提高重度烧伤者的存活率。第一块人工合成皮肤是由白克和亚诺斯发明的,白克是马萨诸塞总医院外伤科的负责人,亚诺斯是麻省理工学院的化学教授。白克在他的职业生涯中见到过许许多多烧伤患者,他也一直努力寻找一种人类皮肤的替代品,并且这种替代品可以避免感染和脱水的威胁。亚诺斯一直从事胶原蛋白的研究,这是一种在人类皮肤中发现的蛋白质。两人人从20世纪70年代开始合作,他们发现了胶原蛋白纤维和长链糖分子可以互相结合形成多孔性材料。这种材料与皮肤相似,如果放置在实验动物的伤口之上,似乎可以促进其周围新生皮肤细胞的生长。随后,这两位科学家利用鲨鱼软骨和来自牛皮中的胶原蛋白为原料发明了一种人造皮肤。这种皮肤包含两层,内层为用戊二醛交联的胶原——软骨素材料,外层覆以硅胶膜。在继续的实验研究中,他们发现这种人造皮肤可以作为新生皮肤组织和血管组织借以生长的框架,虽然这些新生细胞还不能生长出真皮中通常具有的毛囊或汗腺。随着新生皮肤的生长,人造皮肤中的皮和鲨鱼软骨等物质开始降解,并被机体吸收。在19 81年,白克和亚诺斯第一次将其发明的人造皮肤用于临床,患者是一位身体一半面积被烧伤的女士。剥离掉烧伤的皮肤之后,白克应用了一层人造皮肤,并且,在条件允许的情况下,将患者的未烧伤皮肤移植到烧伤部位。三星期过后,这位女性患者新生皮肤的生长速度惊人,并且颜色与未烧伤皮肤一样。在此基础上的改进产品称为integra人造皮肤,它不仅起着临时性替代功能,并且可以刺激毛细血管、成纤维细胞和巨噬细胞等逐渐从伤口向人造皮肤内生长。白克的研究不仅救活了许多烧伤的病人,也开创了烫伤医学的新时代。

折叠 编辑本段 组成结构

人造皮肤有两层:表层和里层。表层是由一种硅橡胶薄膜制成的,能阻挡细菌的进攻。里层是一种特殊的培养基,能帮助受伤的皮肤生长。[1]

人工皮肤用于为移植的皮肤提供基层。人工皮肤由多聚物(一种长链分子)结合其他化学物质-包括从鲨鱼软骨中提取的物质,制造而成。扬尼斯·扬尼斯第一个用人造皮肤治疗三度烧伤。

折叠 编辑本段 主要功能

皮肤不仅能使人不受到污物或细菌的侵袭,也能保持人体内的水分不致逃逸。当大面积的皮肤受到严重的烧伤或损害,医生必须立即输入液体并保护伤口,如果仅是皮肤的浅层受损,新皮肤会再生。如果病人受到了严重的烧伤,皮肤就不能靠自己修复,通常须将身体其他部位的表层皮肤移植到伤口上。制造合成皮肤先从一块真皮开始,由此生长出更大面积的皮肤。皮肤是人体的重要器官之一,在60天内可完全更新一次。

人造皮肤用于皮肤移植的第一期治疗。人造皮肤保护伤口免受感染,并促进结缔组织的生长。人体的免疫系统会逐渐分解多聚物,一旦病人自己的表层皮肤被植上以后,伤口会很快愈合。

人造皮肤能否成功移植,关键在于能否快速血管化,使移植后能够尽早得到营养供应。一方面,他们将一种能够促进血管化的因子(VEGF)基因成功地转入人体纤维细胞,使其能够分泌VEGF,促进血管化;另一方面,将自体的内皮细胞和成纤维细胞通过适当的途径植入真皮支架,诱导新生血管的形成,彻底解决这一难题。

折叠 编辑本段 研究历史

20世纪80年代后,有科学家先后研制出多种人工真皮,如来源于异体或异种(猪)皮的无细胞真皮基质、以胶原为主要原料经冷冻干燥后形成的海绵状胶原膜。此外还有透明质酸膜、聚乳酸膜等,其基本特点是可诱导自体的组织细胞浸润生长,形成新的、结构规则的真皮样组织,从而重建真皮层。

20世纪90年代以来,医学界已成功将复合皮用于大面积深度烧伤创面的修复,节省了伤者自体皮源,提高了就治率。但由于复合皮制作费用十分昂贵,移植后存活率只有50%左右,因此,在临床上的广泛使用受限。

2008年,由美国宇航局科学家研制的一种新型人造皮肤采用垂直碳纳米管层排列,用在整容手术所使用的橡胶聚合物上,就像是植入一块皮肤一样。碳纳米管通过金丝的串接固定在一起,这些碳纳米管分布在橡胶状的聚合物上。这种结合橡胶聚合物和碳纳米管的人造皮肤能够将接触表面的热量传递至传感器网络,就如同皮肤能够及时获取该信息一样,碳纳米管提高聚合物上的压电感应后,传感器能够向机器人大脑产生信号。

2012年,多伦多大学科学家成功通过将单个皮肤细胞置入凝胶状单片实现单片皮肤的生长,而且可以让皮肤生长为设定好的形状,比如形成字母。这种皮肤大面积生长技术(一次10厘米的程度)相对于2012年之前人造皮肤技术是一大飞跃。

2013年3月,中国陕西省西安市第四军医大学专家研制成功的活体人造皮肤已经正式进入临床应用。运用先进技术,只需小指甲盖大小的人类皮肤组织,便可培养出数亿倍的活性皮肤。 该人造皮肤直径6厘米,厚2毫米,外形看起来就像张饺子皮,用起来像创可贴。

折叠 编辑本段 制备方法

折叠 蚕丝人造

由科研人员提取蚕丝中的蛋白质生产而成,这种人造皮肤就像用蚕丝做成的服装面料一样,具有丝绸般的光滑平整和柔韧特性。而且,与目前治疗大面积损伤时最常用的猪皮材料相比,它安全性更高。

这种新型的人造皮肤。乍一看像馄饨皮的人造皮肤,用手拉拉却韧性十足。从冰箱取出,自然解冻,消毒浸泡,贴在创伤皮肤表面,半个月左右创伤就会慢慢愈合。为验证其功效,科研人员曾选取了15只大白兔分5批进行动物试验,结果发现,贴上人造皮肤后,兔子身上直径3厘米的创口不到20天就得以愈合。

折叠 结缔细胞

名为ICX-SKN的人造皮肤

研制者:从事细胞疗法研究的Intercytex集团

名为ICX-SKN的人造皮肤,这种皮肤在28天后可完全与人体结合,封闭并愈合伤口。 在初步的临床实验中,由于质地逼真,耐久性好,人造皮肤移植取得突破性成功。

ICX-SKN是由自体皮肤细胞产生的一种基质,即结缔组织细胞构成的。结缔组织细胞能在天然皮肤中形成骨胶原。这些结缔组织细胞可构成类似于真实皮肤的组织结构。

实验只涉及小面积局部皮肤移植,对于大面积烧伤患者的移植效果尚属未知。

折叠 白鼠移植

白鼠体上移植的人造皮肤

研制者:第四军医大学的研究人员

从新生或出生前的试验鼠身上取出少量皮肤组织,采用灭菌、消化、分离、培养等手段,获得了足够的细胞数量后,再用组织工程的办法将其重新组合,成功地研制出具有表皮组织和结缔组织的皮肤。这个过程用一个形象的比喻就是在器皿中“种皮肤”。试验人员将这些人造皮肤移植到白鼠身上,经过观察发现,人造皮肤不仅具有正常皮肤的部分功能,而且具有良好的修复皮肤创伤的作用,到目前为止并未发现有免疫排斥反应。可以说,人造“鼠皮”已研制成功。当然,这种皮肤与真正的皮肤还有差距,比如说没有汗腺和毛发等附属物。

这项技术的先进性在于,国内的人造皮肤研究仅能进行表皮的复制,四军医大则发展出带有结缔组织第二层的皮肤。中国对人工皮肤的研究,虽然比西方发达国家起步晚,但是已受到国家的高度重视。解放军第二军医大学附属长海医院烧伤科在国家的资助下,建立了表皮细胞快速培养扩增技术,研制了来源广、价格低的无细胞真皮基质高分子聚合物膜等人工真皮,体外构建了含表皮细胞的复合皮,并用于修复深度皮肤缺损创面,移植存活率高,一些成果已达国际领先水平。

折叠 钛纳米管

由美国宇航局科学家研制的一种新型人造皮肤

采用垂直碳纳米管层排列在整容手术所使用的橡胶聚合物上,就像是植入一块皮肤一样,碳纳米管通过金丝的串接固定在一起。这些碳纳米管分布在橡胶状的聚合物上,这种结合橡胶聚合物和碳纳米管的人造皮肤能够将接触表面的热量传递至传感器网络,就如同皮肤能够及时获取该信息一样。碳纳米管提高聚合物上的压电感应后,传感器能够向机器人大脑产生一种信号。

美国宇航局戈达德太空飞行中心技术专家弗拉迪米尔-鲁梅尔斯基将传感器植入机器人的皮肤覆盖层中,这种高科技机器人皮肤可使机器人更出色地完成太空探索任务,人类和机器人的“身体状况”不一样为了实现机器人的智能化,机器人也需要敏感的皮肤产生一定的触感。

研制了能够产生压觉和温觉的机器人皮肤,这种人造皮肤能够探测和人类皮肤同步探测到各种事物。用于电路和半导体中的晶体管成为基于碳原子链的“皮肤器官原料”,这样机器人能够像人类一样具有触觉。

尽管人造手在行动和灵活度上日益逼真,但是几乎所有的人造皮肤仍然停留在无感知的塑料涂层水平上,美国橡树岭国家实验室纳米材料合成和属性小组的高级研究科学家约翰-西姆普森博士说:“通过运用碳纳米管技术,我们造出的人造皮肤不但可以接近真实皮肤特性,甚至可以超越这些特性”。

心肺机作为暂时性替代自然心脏与肺功能的装置,是一种重要的临时性的人工器官。人工心肺机主要由血泵(心) 和氧合器(肺) 组成。当前人工心肺机的类型,是鼓泡式人工肺和膜式人工肺,血泵主要采用滚压泵和搏动泵。由于膜式氧合器是一种极其理想的人工肺,所以基本上取代了鼓泡式氧合器。另外,由于搏动泵模拟自然心脏的搏动,搏动泵有替代滚压泵的趋势。目前膜式人工肺大多采用中空纤维型,研究的重点主要是通过对中空纤维的预处理,提高其性能。例如:对中空纤维肝素化处理可防止体液和细胞的激活,提高其生物相容性;采用硅树脂涂层可防止使用时血浆渗漏;采用白蛋白、carmeda 等膜钝化涂层可提高血液相容性。

折叠 编辑本段 使用方法

一种使用方法是从病人身上提取胶原蛋白,然后放在培养皿上培养成一块皮肤。

第二种则是从病人身上提取皮肤细胞,只培养细胞,然后把细胞喷在伤口上,让其生长成皮肤。

前者的缺点是平均要等待21天才培养出皮肤。后者虽然可以快速在病人身上生成皮肤,但仍然在实验阶段,可能有其他应用风险。

折叠 编辑本段 主要意义

人造皮肤:烧伤新曙光-三联人造皮肤:烧伤新曙光-三联

人造皮肤能挽救生命,保护伤口免受感染,并促进结缔组织的生长。人体的免疫系统会逐渐分解多聚物,一旦表层皮肤被植上以后,伤口会很快愈合。

但是,人造皮肤也能带来感染,人体还会对它作出不良反应,如结成硬疤。人造皮肤遇到大面积严重烧伤的情况,如果正常皮肤所剩无几、缺乏自体皮源时,常常会引起创面及全身严重感染等一系列并发症,有可能危及生命。

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