激光微孔脫細胞真皮基質生物力學測試

[摘要]目的:研究激光微孔脫細胞基質的生物力學性質變化，制作合適規格的脫細胞基質。方法:對不同間距的脫細胞真皮基質進行應力-應變和應力-松弛實驗等檢測，確定最佳孔徑的脫細胞真皮基質。結果:確定350μm間距的脫細胞真皮基質有良好的生物力學性能。結論:超脈沖CO2激光可以對脫細胞真皮基質進行精細的微加工，脫細胞真皮基質適用于構建組織工程支架。

[關鍵詞]脫細胞真皮基質;激光;微孔;生物力學

[中圖分類號]Q813.1[文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455(2010)05-0694-03

The biomechanical test on the laser microcavity acellular dermal matrix

LIN Huang，LI Wen-zhi，YAN Xiu-juan

(Department of Plastic and Cosmetic ，Anzhen Hospital，Capital University of Medical Science，Beijing 100029，China)

Abstract:ObjectiveTo study the variations of the biomechanism of the laser microcavity of acellular dermal matrix and to fabricate a proper standard acellular dermal matrix.MethodsTo make an experiment on the various distance of the acellular dermal matrix with the tension-change and tension-relaxon，and to determine the best distance of the acellular dermal matrix.ResultsThe acellular dermal matrix of distance between 350μm is ofexcellent biomechanicalproperities.ConclusionsThe super pulse CO2 laser can work on the acellular dermal matrix precisely，the microcavity acellular dermal matrix is applicable to the reconstruction of the tissue engineered frameworks.

Key words: ADM;laser;microcavity; biomechanical

脫細胞真皮基質(acellular dermal matrix，ADM)是去除了真皮中具有抗原性的細胞成分，而保留了原有膠原纖維、彈力纖維等結構的真皮支架。但脫細胞真皮基質結構較致密，再植回體內后血管化受影響，筆者用超脈沖CO2激光改造脫細胞真皮基質結構，重塑微血管通道，促進脫細胞基質的血管化。但是微孔存在是否影響脫細胞真皮基質的生物力學特性，對此筆者作出進一步研究。

1材料和方法

1.1 脫細胞真皮基質的制備:新西蘭大白兔背部皮膚去毛、去脂后， 制成薄中厚皮片，PBS 液沖洗后置于0.125%胰蛋白酶溶液中，4℃低溫下24～48h， 脫去表皮和真皮內所有細胞成分。皮片室溫下孵育于0.15% Triton X-100 溶液中， 持續震搖24h即可制得ADM， PBS 液充分漂洗后備用。

1.2 激光微孔脫細胞真皮基質的制備和分組:脫細胞真皮基質30片，分為5組:4組為實驗組，CO2激光打孔(波長10.6μm，功率700W，光斑直徑200μm，脈寬60ms)，每孔間距分別為200μm、350μm、500μm和650μm;1組為對照組，不做任何處理。

1.3 主要實驗設備:INSTRON 4302 拉伸機，夾持標本用的特制夾頭，適用100N的傳感器，載荷范圍設定為20N(圖1)。

1.4 測試步驟:①對于每個標本分別測量3 次厚度和寬度， 計算其平均值;②強度實驗: 以10 mm/min 速度將脫細胞真皮基質拉斷，記錄此時力大小;③應力實驗: 將脫細胞真皮基質拉到2.0MPa柯希應力時卸載， 預調3 次， 記錄第4次實驗數值;④松弛實驗: 給標本一個速度脈沖， 大小為300 mm/min， 松弛時間設為3min。

1.5 數據處理:①應力-應變曲線: 對在生理范圍內的應力( 300 kPa) 時測出其對應的彈性模量(應變量)， 并作出相應應力- 應變曲線， 其中縱軸代表柯西應力T， 橫軸代表試件應變長度L， 柯西應力計算公式如下:T = F/S。其中: F為拉力(N);S 為樣本的橫截面積(mm2) (圖2);②強度: 各標本強度均以標本被拉斷瞬間時的力除以標本的初始截面積表示(圖3);③通過應力-應變曲線而得到延伸率參數。試件延伸率為應力等于300 kPa 時彈性模量斜率與應變軸交叉點;④對間距350μm的微孔脫細胞真皮畫出松弛曲線。橫軸表示松弛時間， 縱軸表示歸一化的伸長量(圖4)。

1.6統計學方法:實驗數據以均數±標準差表示，組間及處理前后數據比較采用SPSS11.0 軟件包進行t檢驗，以P<0.05 具有統計學意義。用Origin8.0 軟件包繪出各組曲線并進行擬合。

2結果

見表1。

3討論

組織工程在皮膚和尿道等方面已經有了廣泛的應用，支架是組織工程臨床應用中的關鍵問題[1-2]。脫細胞真皮基質(acellular dermalmatrix，ADM)是去除了真皮中具有抗原性的細胞成分，而保留了原有膠原纖維、彈力纖維等結構的真皮支架。由于皮膚移植中的主要免疫排斥是細胞排斥，在去除了具有強烈免疫反應的細胞成分外，ADM不具有免疫原性，移植回體內后不引起機體的免疫排斥反應，可以在體內長期存活并被機體改建[3]。脫細胞真皮基質結構較致密，創面上血管的長入和交通受機械阻礙，基質的血管化受影響。科學家們提出了種種改造脫細胞基質結構的方法。但是目前制備有機多孔支架方法如化學法(纖維粘結法，粒子濾瀝法)和物理法(冷凍干燥法等)，都存在孔徑變化隨機，基質不均一缺點。

激光打孔是最早達到實用化的激光加工技術，已廣泛應用于金屬、皮革、玻璃、木材等材料的加工。激光打孔技術具有以下優點:①打孔速度快、效率高;②孔徑微小、可調;③適合數量多、高密度的群孔加工[4]。激光微孔孔徑可達到數十至數百微米，可容納蛋白質等營養成分通過，便于微血管的重建。為此，我們引入了激光加工制作微孔脫細胞基質，但是激光加工脫細胞真皮基質勢必影響支架內的膠原和彈性纖維結構。結構的變化勢必影響脫細胞真皮基質的生物力學特性。脫細胞真皮基質的強度和彈性與脫細胞基質的降解密切相關。設計本實驗目的是找到合適規格的脫細胞真皮基質，既能有效促進脫細胞真皮基質的血管化，又能維持脫細胞真皮基質的適度彈性和強度，保證脫細胞基質結構的穩定。

脫細胞基質生物力學性能主要取決于基質內膠原纖維、彈性纖維和蛋白多糖等的含量和排列[5]。該實驗中所測的力學指標可以大致反映結構改變。強度較為直觀地說明材料整體的力學指標并衡量是否適合臨床應用。黏彈性生物組織都有相似類型的曲線， 彈性模量的差異表明膠原纖維結構的差異。如果膠原纖維結構遭到破壞， 應力- 應變曲線將會左移。延伸率表明膠原纖維束受影響的程度， 例如膠原纖維卷消失， 則延伸率大大降低。應力- 松弛曲線亦可以用來評估基質結構。它體現材料內部彈性纖維結構和排列， 材料快速松弛表明在作用應力下纖維能重排或移動， 松弛慢表明材料很像彈性體， 可以認為纖維變化很固定。

該實驗中所有樣品的應力- 應變曲線均表明隨應力增加曲線斜率逐漸增加， 符合黏彈性組織的生物力學特性。但是在最大應力強度比較中，我們發現350μm和500μm、650μm組中比較應力變化比較平緩，但是200μm組應力急劇下降，顯示結構變化較明顯。SPSS統計也證實了在200μm和以上各組比較中有明顯的統計學意義。應力松弛曲線也表現出彈性體的性質，材料快速松弛表明在作用應力下纖維能重排或移動， 松弛慢表明材料很像彈性體， 可以認為纖維變化很固定。350μm組中應力松弛曲線表示彈性纖維保持完整，可以快速松弛和收縮，有良好的彈性特性。經過實驗選定間距350μm的脫細胞真皮基質適合皮膚中支架的修復。

4結論

激光適宜對脫細胞真皮基質進行精細的微加工，經過生物力學性能的測驗，微孔脫細胞基質不僅能夠有效血管化，同時也具有良好的生物力學特性。

[參考文獻]

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[收稿日期]2010-02-26[修回日期]2010-04-21

編輯/張惠娟

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