一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法技术

本发明专利技术涉及组织工程皮肤技术领域，具体为一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，包括两个部分，一个部分是皮肤干细胞的提取技术，一个部分是皮肤的生物3D重塑技术。皮肤干细胞提取包括：组织获取及处理、组织酶解、原代细胞培养、传代培养等。利用生物3D打印机，采用三维扫描建模技术，打印原料及打印规格计算、基底打印、分层打印，逐层堆叠的方法，打印出能完全符合人体的特定部位、特定三维特征的全定制皮肤，保证了人造皮肤与伤口的完全贴合，提高了移植成功率和治愈效果。同时，全定制皮肤也可用于体外皮肤模型的研究，在肿瘤研究、药物及化妆品测试等方面发挥巨大作用。

A fully customized skin printed with biological 3D printing and its preparation method

The invention relates to the technical field of tissue engineering skin, in particular to a bio-3D printing full-custom skin and a preparation method thereof, comprising two parts, one part is the extraction technology of skin stem cells, the other part is the bio-3D reconstruction technology of skin. Dermal stem cell extraction includes tissue acquisition and treatment, tissue enzymolysis, primary cell culture, subculture and so on. By using bio-3D printer and three-dimensional scanning modeling technology, raw materials and printing specifications calculation, substrate printing, layered printing, stacking layer by layer method, a fully customized skin can be printed, which can fully meet the specific parts of the human body and specific three-dimensional characteristics, ensuring the complete integration of artificial skin and wounds, and improving the transplantation. Success rate and cure effect. At the same time, fully customized skin can also be used in the study of skin model in vitro, and play a great role in tumor research, drug and cosmetic testing.

【技术实现步骤摘要】
一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法
本专利技术一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，属于组织工程皮肤

技术介绍
皮肤作为人体重要器官，在隔离外部环境、保护人体的正常运行上发挥不可替代的作用。炎症、烧伤、外伤等各种原因都会给我们皮肤带来损伤，给我们身体健康及生活带来巨大威胁。根据实际需要，出现了自体皮肤移植的方法，但是成功率较低且皮肤来源有限一直是这一方法的缺陷，在大面积烧伤及特殊病人的治愈上受到极大限制。随着医疗技术的发展和进步，出现了人造皮肤技术。弥补了自体皮肤移植的缺陷，只需要从自体皮肤中得到少量皮肤细胞即可体外培养出所需求的皮肤组织，这在皮肤患者治疗及皮肤组织的研究上发挥了巨大作用。随着技术的进一步成熟，已经可以培养出具有和人体皮肤具有相同属性的全层皮肤，但是，目前的人造皮肤多为手工或者平面打印，在生产效率和治疗效果上都有所局限。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术的不足，提供了一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，该技术采用三维扫描建模技术，分层打印，逐层堆叠的方法，打印出人体特定位置、特定厚度、特定形状的皮肤组织，做到了根据实际需要而打印的全定制型皮肤。本专利技术一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，包括如下依次进行的步骤：3D扫描和皮肤建模，使用三维扫描仪对人体皮肤受损部位进行扫描，得到皮肤受损部位的三维结构，再用软件计算出伤口需要移植的全定制皮肤各个属性，包括：PDMS基底三维模型和皮肤构造模型；建立符合皮肤受损部位三维结构的皮肤模型，使得全定制皮肤完全贴合伤口，预估出需要干细胞的数量；细胞提取，提取少量人体皮肤组织，经过清洗、消毒、称重、切碎得到初步处理好的皮肤组织，加入相应的蛋白酶和胶原酶进行组织酶解，得到游离的皮肤细胞组织液；过滤得到细胞液，离心聚集细胞，再将细胞接种到培养皿，得到原代皮肤细胞；原代培养，取一部分原代细胞，添加ROCK抑制剂进行培养，经过一段时间传代培养，得到所需要量的表皮干细胞；取一部分原代细胞，不添加ROCK抑制剂进行培养，经过一段时间传代培养，培养出所需要量的真皮干细胞；3D分层打印，先通过3D打印机打印出PDMS皮肤基底；在PDMS基底上打印胶原凝胶层，胶原凝胶层上打印真皮细胞层，在真皮细胞层上打印胶原凝胶层，在胶原凝胶层上打印表皮细胞层，在表皮细胞层上再打印胶原凝胶层；所述真皮细胞层、胶原凝胶层和表皮细胞层的层数和厚度根据实际需要进行建模计算确定。皮肤组织培养及移植，将打印好的全定制皮肤转移到培养皿中，恒温箱气液界面培养2-10日，待皮肤组织初步融合，再移植到皮肤受损部位或进行体外皮肤模型试验。所述细胞提取，只需要提取少量人体组织，进行细胞分离，药物刺激，传代培养，即可得到足够量的真皮干细胞和表皮干细胞。所述表皮干细胞和真皮干细胞保存到液氮中，以备打印使用；需要打印的时候将细胞转移到打印机的原料盒中即可。所述皮肤构造模型包括皮肤的三维构造、打印层的组成以及需要的细胞和凝胶原料。所述每层胶原凝胶的打印过程为：先打印一层交联剂，在其上打印一层胶原凝胶，再打印交联剂固定本层；细胞层的打印过程为：先打印一层交联剂，在其上打印一层胶原凝胶，在凝胶上打印一层细胞层，再打印交联剂固定本层。所述胶原凝胶材料也可以是其他生物可降解材料或者与其他生物可降解材料的混合物。一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法制成的全定制皮肤。一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法制成的全定制皮肤的用途。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的一种全定制皮肤的制备，根据建模，把皮肤分为真皮细胞层、表皮细胞层、水凝胶细胞层，通过多层打印，逐层堆叠的方式，打印出接近于人体皮肤构造的全定制皮肤，是可以生成角质层和毛发的全功能皮肤。本专利技术提供的全定制皮肤，可用于各种皮肤病，如牛皮癣、粉刺、白化病等患者的皮肤修复。也可用于烧伤、糖尿病等患者的皮肤修复。而且全定制皮肤与伤口完全吻合的特点，保证了高的治疗成功率及更好的治愈效果。本专利技术利用新兴的3D打印技术，在传统3D打印皮肤的基础上进行工艺改进，经过皮肤扫描建模、打印原料及打印规格计算、基底打印、分层打印、培养待用的皮肤制备过程，打印出能完全符合人体的特定部位、特定三维特征的全定制皮肤，保证了人造皮肤与伤口的完全贴合，提高了移植成功率和治愈效果。同时，全定制皮肤也可用于体外皮肤模型的研究，在皮肤病、肿瘤研究、药物筛选及化妆品测试等方面发挥巨大作用。本专利技术全定制皮肤的打印，皮肤组织经过培养后进行移植，经过培养后的皮肤组织保证了细胞健康的存活而且使得细胞之间有一定的黏合，这样移植后伤口才能更好的愈合，保证了皮肤移植的成功率和更好的伤口治愈效果，推动了医疗技术的进步。附图说明图1为本专利技术皮肤干细胞提取流程图；图2为本专利技术皮肤3D重塑流程图；图3为本专利技术打印皮肤多层组成图图中，1为胶原凝胶层；2为PDMS基底；3为真皮干细胞层；4为表皮干细胞层。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明，但是本专利技术的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本专利技术构思的改变或等同替代均包括在本专利技术的保护范围之内。实施例1本专利技术一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，包括如下依次进行的步骤：3D扫描和皮肤建模，使用三维扫描仪对人体皮肤受损部位进行扫描，得到皮肤受损部位的三维结构，再用软件计算出伤口需要移植的全定制皮肤各个属性，包括：PDMS基底三维模型和皮肤构造模型；建立符合皮肤受损部位三维结构的皮肤模型，使得全定制皮肤完全贴合伤口，预估出需要干细胞的数量；细胞提取，提取0.1g人体皮肤组织，经过清洗、消毒、称重、切碎得到初步处理好的皮肤组织，加入相应的蛋白酶和胶原酶进行组织酶解，得到游离的皮肤细胞组织液；过滤得到细胞液，离心聚集细胞，再将细胞接种到培养皿，得到原代皮肤细胞；原代培养，取一部分原代细胞，添加ROCK蛋白激酶抑制剂Y-27632进行培养，经过一段时间传代培养，得到所需要量的表皮干细胞；取一部分原代细胞，不添加ROCK抑制剂进行培养，经过一段时间传代培养，培养出所需要量的真皮干细胞；3D分层打印，将PDMS基底模型及皮肤的构造模型分别转化为生物3D打印机的执行数据，并发送给打印机。执行数据是指把构造模型的数据转化为打印机喷头工作路径及工作状态的数据。先根据PDMS基底模型数据，通过3D打印机加工出与人体伤口相仿的三维PDMS模型，作为皮肤打印的基底；在PDMS基底上打印一层胶原凝胶，胶原凝胶层上打印一层真皮细胞层，在真皮细胞层上打印三层胶原凝胶层，在胶原凝胶层上打印一层表皮细胞层，在表皮细胞层上再打印一层胶原凝胶层；皮肤组织培养及移植，将打印好的全定制皮肤转移到培养皿中，恒温箱气液界面培养10日，待皮肤组织初步融合，再移植到皮肤受损部位或进行体外皮肤模型试验。实施例2本专利技术一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，包括如下依次进行的步骤：3D扫描和皮肤建模，使用三维扫描仪对人体皮肤受损部位进行扫描，得到皮肤受损部位的三维结构，再用软件计算出伤口需要移植的全定制皮肤各个属性，包括：PDMS基底三维模型和皮肤构造模型；建立符合皮肤受损部位三维结构的皮肤模型，使得全定制皮肤完全贴合伤口，预估出需要干细胞的数量；细胞提取，提取0.2g人体皮肤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，其特征在于，包括如下依次进行的步骤：3D扫描和皮肤建模，使用三维扫描仪对人体皮肤受损部位进行扫描，得到皮肤受损部位的三维结构，再用软件计算出伤口需要移植的全定制皮肤各个属性，包括：PDMS基底三维模型和皮肤构造模型；建立符合皮肤受损部位三维结构的皮肤模型，使得全定制皮肤完全贴合伤口，预估出需要干细胞的数量；细胞提取，提取0.1‑0.3g人体皮肤组织，经过清洗、消毒、称重、切碎得到初步处理好的皮肤组织，加入相应的蛋白酶和胶原酶进行组织酶解，得到游离的皮肤细胞组织液；过滤得到细胞液，离心聚集细胞，再将细胞接种到培养皿，得到原代皮肤细胞；原代培养，取一部分原代细胞，添加ROCK抑制剂进行培养，经过传代培养，得到所需要量的表皮干细胞；取一部分原代细胞，不添加ROCK抑制剂进行培养，经过传代培养，培养出所需要量的真皮干细胞；3D分层打印，先通过3D打印机打印出PDMS皮肤基底；在PDMS基底上打印胶原凝胶层，胶原凝胶层上打印真皮细胞层，在真皮细胞层上打印胶原凝胶层，在胶原凝胶层上打印表皮细胞层，在表皮细胞层上再打印胶原凝胶层；皮肤组织培养及移植，将打印好的全定制皮肤转移到培养皿中，恒温箱气液界面培养2‑10日，待皮肤组织初步融合，再移植到皮肤受损部位或进行体外皮肤模型试验。...

【技术特征摘要】
1.一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，其特征在于，包括如下依次进行的步骤：3D扫描和皮肤建模，使用三维扫描仪对人体皮肤受损部位进行扫描，得到皮肤受损部位的三维结构，再用软件计算出伤口需要移植的全定制皮肤各个属性，包括：PDMS基底三维模型和皮肤构造模型；建立符合皮肤受损部位三维结构的皮肤模型，使得全定制皮肤完全贴合伤口，预估出需要干细胞的数量；细胞提取，提取0.1-0.3g人体皮肤组织，经过清洗、消毒、称重、切碎得到初步处理好的皮肤组织，加入相应的蛋白酶和胶原酶进行组织酶解，得到游离的皮肤细胞组织液；过滤得到细胞液，离心聚集细胞，再将细胞接种到培养皿，得到原代皮肤细胞；原代培养，取一部分原代细胞，添加ROCK抑制剂进行培养，经过传代培养，得到所需要量的表皮干细胞；取一部分原代细胞，不添加ROCK抑制剂进行培养，经过传代培养，培养出所需要量的真皮干细胞；3D分层打印，先通过3D打印机打印出PDMS皮肤基底；在PDMS基底上打印胶原凝胶层，胶原凝胶层上打印真皮细胞层，在真皮细胞层上打印胶原凝胶层，在胶原凝胶层上打印表皮细胞层，在表皮细胞层上再打印胶原凝胶层；皮肤组织培养及移植，将打印好的全定制皮肤转移到培养皿中，恒温箱气液界面培养2-10日，待皮肤组织初步融合，再移植到皮肤受损部位或进行体外皮肤模型试验。2.如权利要求1所述的一种生物3D打印全定制皮肤及其制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑胜波，申治中，张虎林，张益霞，张强，段倩倩，菅傲群，冀健龙，袁仲云，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14