人造皮肤 百科内容来自于: 百度百科

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。

产生背景

长期以来,人们严重的皮肤缺损创面,只能靠切取自体正常部位的皮肤移植修复,尽管能治愈创面,但在取皮部位却留下了新的创伤,常常导致疤痕增生,甚至因取皮过深,供皮区难以自愈,形成水疱,反复溃疡,导致“好了旧伤又添新疤”。
据介绍,遇到大面积严重烧伤的病人,如果其正常皮肤所剩无几,缺乏自体皮源及时封闭创面,常常引起创面及全身严重的感染等一系列并发症,有可能危机生命。因此,国际医学界一直试图在体外制造一种代替皮肤的材料,用来更换人体损坏的皮肤组织,先是从别人身上取下的皮肤,再是胎盘上的薄膜,结果都很少能成功,不出几天,全会被身体里的保卫系统一一消蚀掉。
1981年,一位名叫波克的医学家,想出了个好主意:制造人造皮肤。到目前为止,许多科学家已从生物高分子材料或合成高分子材料中制造出了一二十种人造皮肤。他们把这些材料纺织成带微细孔眼的皮片,上面还盖着一层层薄薄的、模仿“表皮”的制品。
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。但是,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有待时日。随着医学发展,人工皮肤将来便可像机器零件一样,用来更换损坏的皮肤组织,改变烧伤创面修复对自体皮源的高度依赖,提高烧伤就治成功率和创面修复质量。

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。
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。

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
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。

制备材料

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。

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。

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。

碳纳米管

由美国宇航局科学家研制的一种新型人造皮肤
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。”

主要功能

2014年4月25日,英国伦敦国王学院和美国旧金山退伍军人事务医疗中心(SFVAMC)的研究人员在最新一期《干细胞杂志》上发表论文称,他们首次利用多功能干细胞在实验室中培养出具有功能性渗透屏障的表皮组织,其拥有的防渗透功能与真正的皮肤表皮几乎没有差异。这一人造表皮组织不仅可作为测试药物和化妆品的廉价替代模型,还有助于研究人员开发出新的皮肤疾病治疗方法。
表皮组织是人类皮肤的最外层,不仅对人体具有机械保护作用,还能够防止身体内部水分蒸发,并阻止微生物及有毒物质向体内入侵。此前,科学家还无法造出可用于药物测试的具有功能性屏障作用的表皮组织,而受限于单个皮肤活检样本细胞数量,也难以建立大规模药物筛查用的体外模型。英美两国研究人员的研究成果,则有望解决这一难题。
该项研究中,研究人员首先利用人类诱导多能干细胞(iPSC)和胚胎干细胞(hESC)生成人体皮肤外层组织中最主要的细胞类型—角质细胞,这些角质细胞与皮肤活检样本中的原代角质细胞几乎一样。随后,他们将这些角质细胞放在一个具有特定湿度阶梯的环境中进行培养,构建3D人造表皮组织,并形成功能性的渗透屏障。这种保护性屏障可以避免水分丧失,阻挡化合物、毒素和微生物的入侵。研究显示,这些来自iPSC和hESC的人造表皮组织,在结构和功能上与正常人类皮肤的最外层并没有明显差异。
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- 来自原声例句
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