人造皮膚

人造皮膚（Artificial Skin）人造皮膚是利用工程學和細胞生物學的原理和方法，在體外人工研製的皮膚代用品，用來修復、替代缺損的皮膚組織，按成分不同，可分單純人工真皮和具有表皮細胞層的活性複合皮。

基本介紹

• 中文名：人造皮膚
• 外文名：Artificial Skin
• 目的：修復、替代缺損的皮膚組織
• 類別：皮膚代用品

產生背景

皮膚可以讓我們保持體內的水分平衡，而且它也是抵抗外界細菌的一道屏障。如果沒有皮膚的保護，重度燒傷者會出現嚴重脫水，一些危及生命的細菌趁機還會來搗亂。怎么辦呢？將健康皮膚移植到受傷區域是解決這一難題的有效方法，但是，可供移植的健康皮膚從何而來呢？

起初，皮膚移植的方式是“拆東牆，補西牆”，即把患者身上健康的皮膚取下來移植到燒傷部位，但這種方法會引起新的傷疤。而且，如果是大面積的燒傷，其正常皮膚所剩無幾，那真是“都是洞，磚不夠”了。另外，人們也曾經使用屍源性皮膚或豬等異種動物皮膚作為傷口的臨時覆蓋物，但是常常會發生移植排斥反應。在這種狀況下，人造皮膚的研究應運而生。人造皮膚是利用工程學和細胞生物學的原理和方法，在體外人工研製的皮膚代用品，用來修復、替代缺損的皮膚組織。人造皮膚由人工合成，可以極大地提高重度燒傷者的存活率。第一塊人工合成皮膚是由白克和亞諾斯發明的，白克是麻薩諸塞總醫院外傷科的負責人，亞諾斯是麻省理工學院的化學教授。白克在他的職業生涯中見到過許許多多燒傷患者，他也一直努力尋找一種人類皮膚的替代品，並且這種替代品可以避免感染和脫水的威脅。亞諾斯一直從事膠原蛋白的研究，這是一種在人類皮膚中發現的蛋白質。兩人人從20世紀70年代開始合作，他們發現了膠原蛋白纖維和長鏈糖分子可以互相結合形成多孔性材料。這種材料與皮膚相似，如果放置在實驗動物的傷口之上，似乎可以促進其周圍新生皮膚細胞的生長。隨後，這兩位科學家利用鯊魚軟骨和來自牛皮中的膠原蛋白為原料發明了一種人造皮膚。這種皮膚包含兩層，內層為用戊二醛交聯的膠原——軟骨素材料，外層覆以矽膠膜。在繼續的實驗研究中，他們發現這種人造皮膚可以作為新生皮膚組織和血管組織藉以生長的框架，雖然這些新生細胞還不能生長出真皮中通常具有的毛囊或汗腺。隨著新生皮膚的生長，人造皮膚中的皮和鯊魚軟骨等物質開始降解，並被機體吸收。在19 81年，白克和亞諾斯第一次將其發明的人造皮膚用於臨床，患者是一位身體一半面積被燒傷的女士。剝離掉燒傷的皮膚之後，白克套用了一層人造皮膚，並且，在條件允許的情況下，將患者的未燒傷皮膚移植到燒傷部位。三星期過後，這位女性患者新生皮膚的生長速度驚人，並且顏色與未燒傷皮膚一樣。在此基礎上的改進產品稱為integra人造皮膚，它不僅起著臨時性替代功能，並且可以刺激毛細血管、成纖維細胞和巨噬細胞等逐漸從傷口向人造皮膚內生長。白克的研究不僅救活了許多燒傷的病人，也開創了燙傷醫學的新時代。

組成結構

人造皮膚有兩層：表層和裡層。表層是由一種矽橡膠薄膜製成的，能阻擋細菌的進攻。裡層是一種特殊的培養基，能幫助受傷的皮膚生長。

人工皮膚用於為移植的皮膚提供基層。人工皮膚由多聚物（一種長鏈分子）結合其他化學物質-包括從鯊魚軟骨中提取的物質，製造而成。揚尼斯·揚尼斯第一個用人造皮膚治療三度燒傷。

主要功能

皮膚不僅能使人不受到污物或細菌的侵襲，也能保持人體內的水分不致逃逸。當大面積的皮膚受到嚴重的燒傷或損害，醫生必須立即輸入液體並保護傷口，如果僅是皮膚的淺層受損，新皮膚會再生。如果病人受到了嚴重的燒傷，皮膚就不能靠自己修復，通常須將身體其他部位的表層皮膚移植到傷口上。製造合成皮膚先從一塊真皮開始，由此生長出更大面積的皮膚。皮膚是人體的重要器官之一，在60天內可完全更新一次。

人造皮膚用於皮膚移植的第一期治療。人造皮膚保護傷口免受感染，並促進結締組織的生長。人體的免疫系統會逐漸分解多聚物，一旦病人自己的表層皮膚被植上以後，傷口會很快癒合。

人造皮膚能否成功移植，關鍵在於能否快速血管化，使移植後能夠儘早得到營養供應。一方面，他們將一種能夠促進血管化的因子（VEGF）基因成功地轉入人體纖維細胞，使其能夠分泌VEGF，促進血管化；另一方面，將自體的內皮細胞和成纖維細胞通過適當的途徑植入真皮支架，誘導新生血管的形成，徹底解決這一難題。

製備

蠶絲人造

由科研人員提取蠶絲中的蛋白質生產而成，這種人造皮膚就像用蠶絲做成的服裝面料一樣，具有絲綢般的光滑平整和柔韌特性。而且，與目前治療大面積損傷時最常用的豬皮材料相比，它安全性更高。

這種新型的人造皮膚。乍一看像餛飩皮的人造皮膚，用手拉拉卻韌性十足。從冰櫃取出，自然解凍，消毒浸泡，貼在創傷皮膚表面，半個月左右創傷就會慢慢癒合。為驗證其功效，科研人員曾選取了15隻大白兔分5批進行動物試驗，結果發現，貼上人造皮膚後，兔子身上直徑3厘米的創口不到20天就得以癒合。

結締細胞

名為ICX-SKN的人造皮膚

研製者：從事細胞療法研究的Intercytex集團

名為ICX-SKN的人造皮膚，這種皮膚在28天后可完全與人體結合，封閉並癒合傷口。 在初步的臨床實驗中，由於質地逼真，耐久性好，人造皮膚移植取得突破性成功。

ICX-SKN是由自體皮膚細胞產生的一種基質，即結締組織細胞構成的。結締組織細胞能在天然皮膚中形成骨膠原。這些結締組織細胞可構成類似於真實皮膚的組織結構。

實驗只涉及小面積局部皮膚移植，對於大面積燒傷患者的移植效果尚屬未知。

白鼠移植

白鼠體上移植的人造皮膚

研製者：第四軍醫大學的研究人員

從新生或出生前的試驗鼠身上取出少量皮膚組織，採用滅菌、消化、分離、培養等手段，獲得了足夠的細胞數量後，再用組織工程的辦法將其重新組合，成功地研製出具有表皮組織和結締組織的皮膚。這個過程用一個形象的比喻就是在器皿中“種皮膚”。試驗人員將這些人造皮膚移植到白鼠身上，經過觀察發現，人造皮膚不僅具有正常皮膚的部分功能，而且具有良好的修復皮膚創傷的作用，到目前為止並未發現有免疫排斥反應。可以說，人造“鼠皮”已研製成功。當然，這種皮膚與真正的皮膚還有差距，比如說沒有汗腺和毛髮等附屬物。

這項技術的先進性在於，國內的人造皮膚研究僅能進行表皮的複製，四軍醫大則發展出帶有結締組織第二層的皮膚。中國對人工皮膚的研究，雖然比西方已開發國家起步晚，但是已受到國家的高度重視。解放軍第二軍醫大學附屬長海醫院燒傷科在國家的資助下，建立了表皮細胞快速培養擴增技術，研製了來源廣、價格低的無細胞真皮基質高分子聚合物膜等人工真皮，體外構建了含表皮細胞的複合皮，並用於修復深度皮膚缺損創面，移植存活率高，一些成果已達國際領先水平。

碳納米管

由美國宇航局科學家研製的一種新型人造皮膚

採用垂直碳納米管層排列在整容手術所使用的橡膠聚合物上，就像是植入一塊皮膚一樣，碳納米管通過金絲的串接固定在一起。這些碳納米管分布在橡膠狀的聚合物上，這種結合橡膠聚合物和碳納米管的人造皮膚能夠將接觸表面的熱量傳遞至感測器網路，就如同皮膚能夠及時獲取該信息一樣。碳納米管提高聚合物上的壓電感應後，感測器能夠向機器人大腦產生一種信號。

美國宇航局戈達德太空飛行中心技術專家弗拉迪米爾-魯梅爾斯基將感測器植入機器人的皮膚覆蓋層中，這種高科技機器人皮膚可使機器人更出色地完成太空探索任務，人類和機器人的“身體狀況”不一樣為了實現機器人的智慧型化，機器人也需要敏感的皮膚產生一定的觸感。

研製了能夠產生壓覺和溫覺的機器人皮膚，這種人造皮膚能夠探測和人類皮膚同步探測到各種事物。用於電路和半導體中的電晶體成為基於碳原子鏈的“皮膚器官原料”，這樣機器人能夠像人類一樣具有觸覺。

儘管人造手在行動和靈活度上日益逼真，但是幾乎所有的人造皮膚仍然停留在無感知的塑膠塗層水平上，美國橡樹嶺國家實驗室納米材料合成和屬性小組的高級研究科學家約翰-西姆普森博士說：“通過運用碳納米管技術，我們造出的人造皮膚不但可以接近真實皮膚特性，甚至可以超越這些特性”。

心肺機作為暫時性替代自然心臟與肺功能的裝置,是一種重要的臨時性的人工器官。人工心肺機主要由血泵(心) 和氧合器(肺) 組成。當前人工心肺機的類型,是鼓泡式人工肺和膜式人工肺,血泵主要採用滾壓泵和搏動泵。由於膜式氧合器是一種極其理想的人工肺,所以基本上取代了鼓泡式氧合器。另外,由於搏動泵模擬自然心臟的搏動,搏動泵有替代滾壓泵的趨勢。目前膜式人工肺大多採用中空纖維型,研究的重點主要是通過對中空纖維的預處理,提高其性能。例如:對中空纖維肝素化處理可防止體液和細胞的激活,提高其生物相容性;採用矽樹脂塗層可防止使用時血漿滲漏;採用白蛋白、carmeda 等膜鈍化塗層可提高血液相容性。

擴展閱讀

[1] Brohem CA, da Silva Cardeal LB, Tiago M, Soengas MS, de Moraes Barros SB, Maria‐Engler SS. Artificial skin in perspective: concepts and applications. Pigment cell & melanoma research. 2011;24:35-50.

[2] 孫偉. 人造皮膚. 生命世界. 2011:58-61.

[3] 彬彬. 人造皮膚生長可精確控制. 醫藥前沿. 2012:29-.

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