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“吸收”自身细胞“长”新皮 新型人造皮肤:可双向拉伸,能自我降解 2021年10月13日 新华日报

□ 本报记者 谢诗涵

作为人体面积最大的器官,皮肤是抵抗外界细菌入侵的第一道防线。然而,烫伤、烧伤等事故常导致皮肤受损,如何构造人造皮肤来修复替代缺损的皮肤组织始终是一大挑战。我们的皮肤柔软、可拉伸,还能感知冷热干湿,人造皮肤是否也能够具备同样的功能?近日,南京工业大学材料化学工程国家重点实验室陈苏教授课题组研发出一种基于双溶剂相转移原理的微流控纺丝新技术,其构筑的新型人造皮肤给我们带来许多惊喜。

“人造皮肤并非一个新的领域,但皮肤修复的世界性技术难题却尚未被攻破。”陈苏在接受《科技周刊》记者专访时表示,以腹部皮肤为例,由于人体运动、进食量等的不断变化,腹部皮肤在横向和纵向都具有很好的弹性。“但此前所研制的人造皮肤大多只能做到横向或者纵向单向的强拉力,很难应用于腹部等大面积创伤。”为此,陈苏团队自两年前开始潜心探索,借助基于双溶剂相转移原理的微流控纺丝技术,他们首次提出了一种具有广谱性制备高强度螺旋纤维方法。

陈苏介绍,微流控纺丝技术最早由我国科学家研发,主要是通过微流控芯片实现纺丝。其优势在于,在纺丝的过程中,丝纤维的形貌和结构可人为进行控制,从而制备多功能纤维。“微流控纺丝技术因其高传热质效率、纤维结构精准可控等特点,在组织工程、人造皮肤和生物医学等领域具有巨大的应用潜力。”论文第一作者刘吉东博士表示,微流控技术可构筑化学交联的螺旋微纳纤维,但目前螺旋纤维原材料集中在海藻酸钠、壳聚糖或葡聚糖等聚合物上,原材料的局限性导致产物强度低,限制了螺旋纤维的发展和应用。

通过设计微流控芯片内相出口内径及芯片倾斜角度,团队对螺旋纤维半径、螺距及幅度实现精确调控,从而利用多种高强度聚合物材料构筑新螺旋结构人造皮肤。“这种新螺旋微纤维双向拉伸强度均超过14MPa,约为同类型静电纺丝纤维的6倍。”陈苏进一步解释,当我们在走路时,脏器常常会碰触到皮肤内侧,这也就意味着如果人造皮的强度太强,不断摩擦间便有可能导致内脏的损伤。“相较于传统直纤维膜,螺旋纤维膜与内脏接触面积更小,是前者的4%。”陈苏举例,螺旋形貌使人造腹壁具有双向拉伸性,其机械性能及弹性更接近于人体组织。“就好比织布时用的纱支和密度不一样,布匹的性能就不一样。螺旋纤维膜由于双向拉伸弹性强,承载压强大,更能‘托’住脏器,防止内脏‘漏’出来,同时避免切口疝形成,也促进伤口更快愈合。”

那么,植入这种新型人造皮肤,人体是否会发生排异反应呢?“所谓的人造皮肤是指纤维支架层加上细胞层,而之所以会发生排异反应主要是因为细胞层的来源并非是病人本身。”陈苏告诉记者,团队所研发的新型人造皮肤具有很强的吸收细胞的能力,且有着很好的生物相容性。在植入这种新型人造皮肤后的一两年时间里,自身细胞不断被吸附至螺旋纤维膜上,并逐渐“长成”皮肤。等到伤口愈合后,这层螺旋纤维膜无需取出,而会被生物降解,避免了对愈合部位的二次伤害。“用自身的细胞来‘长新皮’自然也就不会产生排异反应。”

陈苏表示,利用这种螺旋纤维膜还可以打造一款能实现“零疤痕”的“创口贴”。“以往我们在割伤后,由于伤口所产生的脓水,导致伤口周围先干,而有水的伤口中间则后干,这也常常导致中间突起的组织增生。而这种人造皮肤式的‘创口贴’将修复处表面创口转化为平面,同时进行皮肤‘换新’,因此可以实现‘零疤痕’。”

相关资料显示,我国每年严重烧伤的病人有近10万人次,如果以烧伤病人每人烧伤30%皮肤来计算,平均治疗一个人需要4500平方厘米。“人造皮肤市场巨大,但这一领域恰恰也是尚未得到足够关注的‘生命死角’。”记者了解到,去年8月份陈苏教授课题组发表于国际刊物《先进材料》上的研究成果,探索出的利用微流控气喷纺丝法制备大面积高强度的人造皮肤,已在腹壁缺损修复中显示出巨大潜力。而此次研发的新型人造皮肤较之气喷纺丝制备的人造皮肤,敷料接触面更小,皮肤组织更不容易粘连,愈合效果更好,该研究成果日前也被《德国应用化学》杂志刊发。“非常期待能够和相关企业及医院合作,尽快推进这项研究成果进入临床。”陈苏表示,目前阶段所“长”出来的腹部“新皮肤”只能将破损处“补”起来,但由于缺乏神经细胞,要想和正常皮肤一样能够感知冷热、压力或者干湿,未来仍需不断探索。

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