人造皮肤

直到 20 世纪后期，皮肤移植都是由患者自己的皮肤（自体移植物）或尸体皮肤（同种异体移植物）构建的。感染或就尸体皮肤而言，排斥反应是主要问题。虽然从患者身体的一部分移植到另一部分的皮肤对排斥免疫，但从供体到受体的皮肤移植比任何其他组织移植物或移植物更容易被排斥。尽管尸体皮肤可以在烧伤患者的初始愈合期间防止感染和体液流失，但通常需要随后移植患者自己的皮肤。医生仅限于患者可用的皮肤，这对于严重烧伤患者来说是一个明显的劣势。

在 1980 年代中期，在细胞生物学和塑料制造领域工作的医学研究人员和化学工程师联手开发组织工程，以减少感染和排斥的发生率。组织工程的催化剂之一是可用于移植的器官日益短缺。 1984 年，哈佛医学院的外科医生约瑟夫·瓦坎蒂 (Joseph Vacanti) 与他的同事、麻省理工学院的化学工程师罗伯特·兰格 (Robert Langer) 分享了他对缺乏可用肝脏的失望。他们一起思考是否可以在实验室中培育出新的器官。第一步是复制身体的组织生产。兰格提出了构建可生物降解支架的想法，可以使用成纤维细胞在其上生长皮肤细胞，成纤维细胞是从捐赠的新生儿包皮中提取的，在包皮环切术期间去除。

在其他研究人员开发的这项技术的一个变体中，提取的成纤维细胞被添加到胶原蛋白中，胶原蛋白是一种在结缔组织中发现的纤维蛋白。当该化合物被加热时，胶原蛋白胶凝并捕获成纤维细胞，成纤维细胞依次排列在胶原蛋白周围，变得紧密、致密和纤维状。几周后，同样从捐赠的包皮中提取的角质形成细胞被植入新的真皮组织，在那里形成表皮层。

与来自患者和尸体的皮肤移植物相比，人造皮肤移植物具有多种优势。它消除了对组织的需要 打字。人造皮肤可以大量制造并冷冻以进行储存和运输，从而按需提供。每种培养物都经过病原体筛查，大大减少了感染的机会。由于人造皮肤不含树突状细胞和毛细血管内皮细胞等免疫原性细胞，因此不会被身体排斥。最后，康复时间显着减少。

原材料

生产人造皮肤所需的原材料分为生物成分和必要的实验室设备两大类。大部分捐赠的皮肤组织来自包皮环切术中去除的新生儿包皮。一个包皮可以产生足够的细胞来制作四英亩的移植材料。成纤维细胞与捐赠组织的真皮层分离。成纤维细胞在接受病毒和其他传染性病原体（如 IIV、乙型和丙型肝炎以及支原体）检测时被隔离。记录母亲的病史。成纤维细胞储存在玻璃小瓶中，并在 -94°F (-70°C) 的液氮中冷冻。小瓶保持冷冻，直到需要成纤维细胞来培养培养物。在胶原蛋白法中，角质形成细胞也从包皮中提取、测试和冷冻。

如果要在网状支架上生长成纤维细胞，则通过将乳酸和乙醇酸分子（与用于制造溶解缝线的元素相同）分子结合来产生聚合物。该化合物经历化学反应，产生由重复结构单元组成的更大分子。

胶原蛋白法是从幼犊伸肌腱中提取少量牛胶原蛋白。胶原蛋白与酸性营养素混合，并储存在 39.2°F (4°C) 的冰箱中。

实验室设备包括玻璃瓶、管道、滚瓶、嫁接盒、模具和冷冻机。

制造
过程

制造过程看似简单。它的主要功能是诱使提取的成纤维细胞相信它们在人体内，以便它们以自然的方式相互交流以创造新的皮肤。

网状脚手架方法

• 1 成纤维细胞被解冻和扩张。 成纤维细胞从小瓶转移到类似于升汽水瓶的滚瓶中。瓶子在两侧旋转三到四个星期。滚动动作允许氧气循环，这对生长过程至关重要。
• 2 细胞被转移到培养系统中。 将细胞从滚瓶中取出，与富含营养的培养基结合，通过管子流入装有可生物降解的网状支架的薄盒状生物反应器，并用电子束辐射进行消毒。当细胞流入盒中时，它们会粘附在网格上并开始生长。细胞来回流动三到四个星期。每天，去除剩余的细胞悬浮液并添加新鲜的营养物。氧气、pH、养分流量和温度由培养系统控制。当新细胞形成一层真皮时，聚合物就会分解。
• 3 生长周期完成。 当网格上的细胞生长完成后，用营养更丰富的培养基冲洗组织。添加冷冻保护剂。盒式磁带单独存放、贴上标签并冷冻。

胶原蛋白法

• 4 细胞被转移到培养系统中。 将少量冷胶原蛋白和营养培养基（约占混合溶液的 12%）添加到成纤维细胞中。将混合物分配到模具中并使其达到室温。随着胶原蛋白变暖，它会凝胶化，捕获成纤维细胞并产生新的皮肤细胞生长。
• 5 添加了角质形成细胞。 将胶原蛋白添加到成纤维细胞两周后，将提取的角质形成细胞解冻并接种到新的真皮上。它们被允许生长几天，然后暴露在空气中，诱导角质形成细胞形成表皮层。
• 6 生长周期完成。 新皮肤储存在无菌容器中直至需要。

未来

医学界正在使用人造皮肤技术来开创器官重建的先河。例如，希望这种所谓的工程结构组织有一天能够取代目前用于更换受损关节和骨骼的塑料和金属假肢。耳朵和鼻子将通过在聚合物网上播种软骨细胞来重建。乳房和尿道组织的再生目前正在实验室进行研究。通过这项技术，有可能有一天，肝脏、肾脏甚至心脏都可以从人体组织中生长出来。