SVF-PLGA聯合脂肪移植體內構建組織工程化軟組織充填材料的初步研究

麥凱欣 朱 輝 崔永言

SVF-PLGA聯合脂肪移植體內構建組織工程化軟組織充填材料的初步研究

麥凱欣 朱 輝 崔永言

目的采用組織工程方法，探討生物可降解材料、自體脂肪作為細胞外基質，脂肪組織基質血管成分（SVF）作為種子細胞構建復合移植物，即刻回植，體內培養并用于軟組織充填的可行性及安全性。方法取雄性新西蘭大白兔40只，隨機分為4組：實驗組A、B（各10只）以兩種混合方式構建SVF-脂肪-PLGA復合移植物，實驗組A將SVF先與脂肪混合再種植于支架上，實驗組B將SVF與支架充分混合，再用脂肪組織包埋；對照組A（n=10）的移植物為預處理后的空白支架；對照組B（n=10）的移植物為SVF-PLGA復合物。各組均將植入物移植至實驗兔背部皮下與肌肉淺筋膜之間，于術后2個月、4個月取材，進行大體觀察、組織切片、HE染色和油紅染色，了解支架降解情況和組織工程化軟組織充填材料構建情況，觀察期間記錄術后所出現的各種并發癥和不良反應。結果術后4個月時，各組均未發生切口感染、硬結形成、移植物移位和排斥等并發癥。實驗組B中有1例切口裂開、2例脂肪液化。大體觀察和HE染色、油紅染色可見形成的組織工程化軟組織填充材料主要成分為血管化脂肪組織，未發現腫瘤樣細胞，外周形成纖維膜。4個月后PLGA支架完全降解，實驗組B的脂肪存活率較實驗組A和對照組B高。結論構建SVF-脂肪-PLGA復合物軟組織充填材料是可行的，具有安全、可操作性強、耗時少、脂肪存活率高、塑形性好等優點。

移植軟組織充填材料組織工程支架脂肪

軟組織充填已廣泛應用于整形外科，可改善身體各部位，特別是面部脂肪缺損、塌陷及雙側不對稱等，尋找組織相容性好、易塑形、來源豐富的軟組織充填材料具有重要意義。自體充填材料存在取材有限、增加創傷等不足；異體及異種組織因移植后存在免疫排斥反應，應用較少。目前，雖已有不少人工合成材料，卻因組織相容性等問題而無法廣泛應用，需要進一步研制、開發新產品以適應臨床需求[1]。本課題擬采用組織工程技術，探討生物可降解材料、自體脂肪復合細胞外基質與SVF復合物即刻回植，體內培養并進行軟組織充填的可行性、安全性。

1 材料和方法

1.1 主要試劑和儀器

Ⅰ型膠原蛋白酶（美國Sigma公司），高糖DMEM培養液（美國GIBCO公司），5%小牛血清（美國GIBCO公司），PLGA支架（韓國REGEN生物技術公司），蘇木素伊紅（HE）染色試劑盒（上海碧云天生物技術有限公司），MPS 30倒置熒光顯微鏡（德國Leica公司），CM 1900低溫恒冷冰凍切片機（德國Leica公司）。

1.2 動物與分組

選用新西蘭雄兔（2～3月齡，南方醫科大學實驗動物中心提供）40只，體重2～2.5 kg，標準化飼養。隨機分為實驗組A、B（各10只）以兩種混合方式構建SVF-脂肪-PLGA復合移植物，實驗組A將SVF先與脂肪混合再種植于支架上，實驗組B將SVF與支架充分混合，再用脂肪組織包埋；對照組A（n=10）的移植物為預處理后的空白支架；對照組B（n=10）的移植物為SVF-PLGA復合物。每只實驗兔回植2個相同移植物。

1.3 復合物構建

1.3.1 SVF的提取

20%氨基甲酸乙酯溶液靜脈麻醉（5 mL/kg），于實驗兔雙側腹股溝區取皮下脂肪，共約20 mL（每側約10 mL）。將脂肪組織剪成直徑約5 mm的碎塊，700 g離心3 min，0.1%膠原蛋白酶消化30 min，800 g離心10 min，取出成熟脂肪及纖維組織上懸液和上清液后加入緩沖液輕柔震蕩，移去上清液，加入小牛血清2 mL，吹打重懸，細胞計數。

1.3.2 PLGA支架的預處理

無菌操作下從產品原容器中取出支架，用無菌剪刀將其修剪成若干小塊（1.5 cm×2 cm×0.3 cm），50%乙醇浸泡，負壓抽吸至排盡空氣，低溫保存過夜后，無菌水浸泡清洗3次，抽吸至排盡空氣，PBS沖洗支架2次，低溫保存備用。

1.3.3 移植物的構建

SVF-脂肪-PLGA支架復合物：每10 mL脂肪組織中的5 mL用于提取SVF，另5 mL與PLGA和SVF混合構建移植復合物。實驗組A將SVF先與脂肪混合再種植于支架上；實驗組B將SVF種植于支架上，再用脂肪組織包埋。

SVF-PLGA支架復合物：10 mL脂肪全部用于提取SVF，并將SVF均勻種植于支架上。

1.4 手術方法

20%氨基甲酸乙酯溶液靜脈麻醉（5 mL/kg），實驗兔俯臥位，兔背部備皮，消毒、鋪巾。取背部垂直脊柱的長約1.5 cm的切口，鈍性分離皮下組織與肌肉淺筋膜間的潛在間隙（約3 cm×2 cm×0.3 cm），將已制備好的復合物置入，3-0絲線全層縫合切口，留置切口標記線。

1.5 觀察指標

復合物植入前的SVF細胞計數，術后2個月、4個月分別對每只實驗兔取1個移植物標本，行大體觀察、體積測量，并計算復合物存活率，快速冰凍切片后HE染色和油紅染色，鏡下觀察。

1.6 統計學處理

應用SPSS 1.0統計軟件進行數據分析，數據以均數±標準差表示；實驗分組間的移植物體積比較采用單因素方差分析，P＜0.05為差異有顯著性。

2 結果

2.1 充填移植物植入前的SVF細胞計數及移植物在術前、術后2個月和術后4個月的體積

因部分移植物形狀不規則，全部均以排液量（磷酸鹽緩沖液）作為體積計量記錄。實驗組A、B和對照組B的移植物植入前SVF細胞計數無顯著性差異（P＞0.05）。實驗組A、B的移植物在術前的體積無顯著性差異（P＞0.05），術后2個月、4個月實驗組B的移植物體積均比實驗組A大，有顯著性差異（P＜0.05），其體積變化的標準差也比實驗組A小。實驗組A、B的移植物存活率平均值較對照組B高（表1）

表1 SVF細胞計數、移植物手術前后體積變化和存活率比較

2.2 大體觀察

術后2個月：實驗組可見乳白色半透明脂肪組織內有殘留PLGA支架，質地柔軟，20個取出標本的平均體積較植入前?。籄、B兩組外觀基本相同，只存在體積差異。對照組A的殘留PLGA支架較實驗組的殘留PLGA支架稍大，外周包繞完整纖維膜，質硬如軟骨。對照組B可見鮮紅色類圓形團塊狀物，外周有較致密纖維膜包裹，質韌，切開見殘留PLGA支架。

術后4個月：實驗組可見乳白色不透明脂肪組織，質地柔軟，切開未見殘留PLGA支架。A、B兩組外觀基本相同，20個取出標本的平均總體積與植入前基本一致，B組的平均體積稍大，但2個標本發生完全或部分脂肪液化。對照組A的PLGA支架已完全降解，剖開移植物未見支架成分殘留，原植入區可見少許纖維樣組織，與皮下組織緊密粘連。對照組B可見類矩形片狀脂肪組織，外周有纖維組織膜狀增生，質較柔軟（圖1）。

圖1 術后4個月，各組大體觀察

對照組A、B和實驗組A均未發生術后切口裂開、感染和硬結形成、移植物移位等并發癥。實驗組B中有1例發生移植區傷口裂開，再次予以縫合；1例發生移植區完全脂肪液化；1例發生移植物部分脂肪液化。

圖2 術后2個月，實驗組組織學觀察（100×）

圖3 術后2個月，對照組B組織學觀察（100×）

2.3 組織學觀察

術后2個月：實驗組快速冰凍切片HE染色可見PLGA支架殘留量較大，外周有薄層纖維膜狀增生，脂肪細胞主要分布于殘留支架外周，脂肪細胞內含大脂滴，脂滴外周為薄層胞質，核被推擠到一側，多聚成群；脂肪組織內可見少許毛細血管長入。油紅染色可見支架外脂肪細胞橙紅染色。實驗組A、B的鏡下觀察未見差異（圖2）。對照組A可見降解中的不規則網狀支架，其內可見少許毛細血管長入，外周有薄層纖維膜狀增生，未見脂肪細胞，油紅染色未見橙紅色細胞層。對照組B亦可見中央的不規則網狀支架，脂肪組織在支架空隙生長，以支架外1/2較明顯，油紅染色呈多個橙紅色脂肪細胞層（圖3）。

術后4個月：實驗組快速冰凍切片HE染色可見致密的脂肪細胞層，脂滴較術后2個月的大，內未見PLGA支架殘留，脂肪組織間可見不規則纖維隔，外周未見明顯纖維膜狀增生；脂肪組織內可見毛細血管長入，管壁細胞層較前增多。油紅染色可見脂肪細胞橙紅染色。實驗組A、B的鏡下觀察未見差異（圖4）。對照組A可見致密纖維組織，內有淋巴細胞浸潤，少許毛細血管長入，油紅染色未見橙紅色細胞層（圖5）。對照組B原有的網狀支架基本消失并被脂肪組織取代，油紅染色呈多個橙紅色脂肪細胞層。

圖4 術后4個月，實驗組組織學觀察（100×）

圖5 術后4個月，對照組A組織學觀察（100×）

討論

軟組織充填的材料分注射性和非注射性兩類，前者是指注射到皮膚或皮下組織內，達到矯正缺陷的目的，因其操作簡便，來源豐富，所以占有軟組織充填材料的絕大部分，但有時會出現全身及局部損害，如注射物移位、水腫、肉芽腫樣反應、細胞毒性、遺傳毒性等[2]。因此，非注射性材料，如無細胞真皮基質（Alloderm）、人發制備軟組織充填材料、生物可降解支架等[3－5]被嘗試用于臨床。

在注射性軟組織充填材料中，脂肪移植一直備受關注，尤其是抽脂術在臨床廣泛應用后，自體脂肪顆粒移植被越來越多的醫生和患者所接受，并在獲取、純化、注射脂肪和提高其生存率等方面不斷得到提高。SVF是含有大量多向分化潛能的間充質干細胞，取材方便，增殖能力強[6]，其富含的脂肪組織來源干細胞（ASCs），具有以下幾個特點[7]：①具備分化為脂肪細胞的潛能，并且促進細胞更新換代；②可分泌SDF-1、HGF等血管生長因子，并使自身分化為血管內皮細胞，促進受區組織在損傷、缺氧的刺激下血管化；③ASCs在分化的同時，數目基本不變，增殖分化功能得以維持。此外，提取SVF能省卻提取ASCs的體外擴增步驟，簡化了實驗過程，并節省了實驗時間，所以選取SVF作為種子細胞是可行的，并具有耗時少的優勢。

選擇合適的細胞載體作為細胞外基質是使SVF中的ASCs得以增殖、分化的重要條件[8]。脂肪組織本身含有較豐富的膠原、纖維粘連蛋白、蛋白聚糖等，可提供良好的細胞外基質。近年提出的細胞輔助脂肪轉移（Cell-Assisted Lipotransfer，CAL）技術[9]，同時解決了移植脂肪中ASCs含量低和移植SVF缺乏細胞外基質兩個問題，并簡化了SVF提取的體外培養、多次離心重懸等步驟，但CAL技術提高移植脂肪存活率的具體數據并沒有準確報道，且塑形性較差，充填效果僅在臨床體現，未有組織學證據。本實驗選用的支架為PLGA，具備生物可降解性，其降解產物為H2O和CO2，組織相容性好，網格狀結構使干細胞分布均勻，有利其生長，可作為良好的細胞外基質。Choi等[10]以裸鼠為實驗對象，提出了ASCs復合PLGA用于軟組織充填的可能性，但是該方法需要7～10 d體外擴增時間才能取得足夠量的ASCs，使臨床應用受到限制。

根據本實驗中的對照組B的結果，我們發現，直接以SVF作為種子細胞，簡化了ASCs的提取步驟，但單純使用SVF、支架復合培養在手術后初期存在充填局部僵硬，手感差，且脂肪存活率低等缺點。若將脂肪組織和可降解材料兩者結合，作為含有生物組織和組織工程材料的復合細胞外基質，構建SVF-脂肪-PLGA充填移植物，不僅能保證有效的ASCs濃度，亦能為其提供膠原蛋白含量豐富、有利于ASCs爬行生長和組織相容性好的細胞外基質，有望互補不足，從而優化軟組織充填效果。單純脂肪移植、CAL的平均存活率大約為40%～80%[7]，實驗組A、B的存活率均在90%以上，大大提高了移植脂肪的存活率。

實驗組A與實驗組B的移植物存活率和并發癥發生情況存在差異，提示SVF與支架充分混合后再用脂肪組織包埋的移植物存活率較高，即以PLGA支架作為主要的細胞載體，脂肪作為SVF提供營養的生物物質，對ACSs的存活、增殖和分化是有利的。我們認為，用脂肪組織來包埋SVF-PLGA復合物，能為種子細胞SVF創造一個相對封閉的、營養充分的生存內環境，從而減少了移植區局部環境對移植物的影響；存在于SVF的ASCs本身具有分泌血管生長因子的作用，脂肪組織亦為血管化提供良好的條件，提高了ASCs的生命力和脂肪的存活率。要進一步優化生長內環境，可考慮添加合適的細胞因子或其他營養物質等，有待于進一步探索。另外，脂肪液化的發生，可能是因為手術時分離腔隙狹窄、脂肪組織與切口接觸緊密等因素。

實驗中，4組均有充填移植物的外周纖維膜形成?？赡苁且驗橐浦参锖Ъ芡鈦沓煞郑瑱C體產生異物反應；實驗兔手術應激性反應較大，導致發生無菌性炎癥；存活后的移植脂肪組織的旁分泌作用誘導成纖維細胞趨化，促進了纖維膜形成[11]。

軟組織充填除了用于面部充填外，也應用于陰莖增粗[12－13]。陰莖增粗主要依賴于軟組織充填的各種手段來實現，多種軟組織充填材料包括自體組織移植和皮瓣轉移、各種人工合成假體已應用于陰莖增粗。但由于陰莖的特殊結構、形態及因勃起而出現的體積變化等，使其對充填材料的要求更高，安全有效的陰莖增粗充填材料仍在研究中[14-22]。組織工程技術用于重建陰莖結構與功能是近年來重建外科學研究的熱點之一[23]。Perovic等[22]利用成纖維細胞體外擴增后復合可降解支架體內回植，使陰莖增粗獲得成功，這是首次利用PLGA為支架的細胞自體移植用于軟組織充填的臨床應用，但體外擴增需要時間較長，手術時機難以把握。吳意光等[24]從病理學角度證明了自體成纖維細胞種植PLGA支架的安全性，認為是安全有效的組織工程細胞支架復合物。本實驗嘗試利用SVF提取簡便的優勢，省卻了體外擴增的步驟，能縮短治療時間；同時構建SVF-脂肪-PLGA復合充填材料，有效提高了移植脂肪的存活率，改善了單純SVF-PLGA移植在手術后初期充填局部僵硬、手感差、遠期存活率低等缺點，為臨床應用提供了理論和實踐依據。

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Preliminary Study of Co-Transplantation of SVF-PLGA with Fat Complex on the Construction of Tissue Engineering Implant

MAI Kaixin,ZHU Hui,CUI Yongyan.Department of Plastic Surgery,Peking University Shenzhen Hospital,Shenzhen 518036,China.Corresponding author:ZHU Hui.

ObjectiveTo evaluate the feasibility and safety of co-transplantation of SVF-PLGA with fat complex on the construction of tissue engineered implant.MethodsForty adult New Zealand male rabbits were randomly divided into four groups.In the experimental group A(n=10),implant was constructed by use of SVF-PLGA with fat complex and in the group B (n=10).SVF-PLGA complex buried by adipose tissue was used.In the control group C(n=10)only PLGA and group D(n=10), SVF-PLGA complex was used.All the complex were translated between skin and superficial fascia.Tissue samples obtained were analyzed with gross observation,HE stain and red oil stain at 4 months postoperatively.ResultsThe tissue engineered implant was mainly vascularized adipose tissue without tumor cell.PLGA scaffolds were degraded completely 4 months later. The survival rate of fat in experimental group B was higher than in the group A and in the control group B.Conclusion SVF-PLGA with fat complex on soft tissue with the advantage of high survival rate of fat.

Transplantation;Soft tissue;Implant;Tissue engineer;Scaffold;Fat

Q813.1+2

A

1673－0364（2010）01－0009－05

2009年11月22日；

2010年1月24日)

10.3969/j.issn.1673-0364.2010.01.003

518036廣東省深圳市北京大學深圳醫院整形美容外科（麥凱欣，朱輝，崔永言）；515031廣東省汕頭市汕頭大學醫學院（麥凱欣）。

朱輝。