組織工程皮膚的研究及應用

摘 要 組織工程皮膚是目前組織工程領域研究的熱點，也是該領域發展最成熟的成果。國外許多組織工程皮膚產品已經被FDA批準進入臨床應用。本文就組織工程皮膚的種類及應用進行綜述。

關鍵詞 組織工程 皮膚 應用

doi:10.3969/j.issn.1007-614x.2010.22.009

1987年華盛頓國家科學基金會生物工程會議上首次提出了組織工程的概念，它是指運用工程科學、生命科學的原理和方，法從根本上認識正常和病理的哺乳動物的組織結構-功能關系，并研究生物學替代物以恢復、維持和改進功能。皮膚是人體最大的器官，是機體與外界環境接觸的屏障，具有保護、分泌、代謝、感覺等重要功能。然而各種原因造成皮膚缺損常常需要大量的皮膚進行修復。在自體皮源不足的情況下，皮膚替代物的研究就成為組織工程領域的一個熱點。而且組織工程皮膚也是組織工程領域發展最成熟的，國外許多產品已經被FDA批準進入臨床應用。組織工程皮膚經歷了表皮替代物、真皮替代物、全層皮膚替代物的發展過程。

組織工程皮膚種類

表皮替代物:①Epicel:1975年Rheinwaid和Green等利用經致死量照射的3T3成纖維細胞作為滋養層培養人角質形成細胞，角質形成細胞在高Ca2+濃度下培養4周可以連接成片，形態與天然人表皮極為相似，解決了上皮細胞體外傳代擴增的難題。隨著研究的深入，人工表皮開始應用于臨床使用并漸形成商品化的表皮替代物，如Epicel，由美國Genzyme Biosurgery 公司生產。它是分離患者自身的角質形成細胞和鼠細胞共培養所形成的表皮替代物。②EpiDex:是一種新奇的皮膚替代物，是采用患者毛囊外毛根鞘細胞作為種子細胞培養所得的表皮替代物，種子細胞保持了較高的增殖力，種子細胞的增殖力與患者的年齡大小無關。表皮替代物具有供皮面積小、細胞數大量擴增、異體膜片可迅速覆蓋創面等優點。但是培養的大多是成熟或比較成熟的細胞，擴增次數有限;培養周期長，費用昂貴;缺乏真皮的機械支持和營養，故耐磨性、彈性差，易攣縮，易自發形成水皰等，限制其在臨床的廣泛應用。

真皮替代物:①Dermagraf:是由美國的Advanced Tissue Science公司生產的一種真皮替代物。是采用新生兒包皮成纖維細胞種植于聚乳酸、聚羥基乙酸纖維網中，成纖維細胞大量增殖并分泌膠原、纖維連接蛋白、蛋白聚糖、生長因子，形成由成纖維細胞、細胞外基質和可降解生物材料構成的人工真皮。其具有有效減少創面收縮，促進接種其上的表皮細胞膜片黏附、生長;抗膠原酶活性好;對創面要求不高，尤其適用于感染創面的修復;避免使用膠原傳播疾病的風險;移植后無免疫反應等優點。但也存在制備中需大量的成纖維細胞;人造真皮的厚度較難調整;相容性差等缺點。②Integra:由Integra Life Science公司開發生產。它是將牛膠原與硫酸軟骨素、氨基葡聚糖冷凍干燥制成膠原海綿，戊二醛交聯形成，并以薄層硅膠膜覆蓋。當移植到創面后，內層膠原海綿相當于真皮，硅膠膜起臨時性表皮作用，可防止體液喪失和微生物入侵。2周后揭去硅膠層，再以極薄的自體皮片或培養的自體表皮細胞膜片覆蓋。其優點是彈性、韌性好;色素沉著輕;瘢痕形成、攣縮不明顯。缺點是所使用的醛類交聯劑對組織有毒性;制備所需細胞數較多;對創面要求程度較高;手術成功率低;易皮下積液及誘發感染;而且還需要2次植皮封閉創面。③Alloderm:美國Lifecell公司生產。采用尸體皮或動物皮，通過反復凍融去除細胞，完整保留基底膜和細胞外基質形態結構。可與培養的成纖維細胞和表皮細胞結合構成復合膜片。優點:使用方便，對創面要求低，成活率高;去除細胞成分，大大降低了免疫原性。缺點:缺乏成纖維細胞，移植后患者真皮重建較慢;來源于異體皮膚，來源不廣泛，而且有傳播感染性疾病的危險;需要2次手術。④transcyte:1997年由加州Lajolla先進組織科學公司生產。將新生兒成纖維細胞在硅橡膠層的尼龍纖維上培養和增殖4～6周，形成一個含有高水平分泌的基質蛋白和大量生長因子的致密細胞組織，將該組織凍存使成纖維細胞失去活力，形成真皮替代物。其具有即刻使用，易于保存等優點。

全層皮膚替代物:①Apligraf:1998年由Organogenesis公司注冊生產。將新生兒包皮成纖維細胞接種于牛膠原凝膠中培養2周，形成細胞膠原凝膠，再在其表面接種新生兒角質形成細胞后浸沒培養4天，角質形成細胞融合成片，然后進行氣液界面培養1～2周。無論從形態、生物化學行為還是在代謝方面均類似于人類正常皮膚，是目前最成熟的既含有表皮層又含有真皮層的雙層組織工程皮膚。與之類似的國產全層皮膚是陜西艾爾膚公司與第四軍醫大學合作生產的Activskin。其優點是制作過程中未使用交聯劑，無明顯的不良反應;提供了雙層皮膚結構，一次手術完成。而缺點是易被膠原酶降解，支架壽命較短;韌性較差，手術操作難。②Orcel:支架由雙層膠原基質構成，上層是經包被的胃蛋白酶處理過的無空隙的膠原凝膠，下層是交聯的多空隙的牛膠原海綿。將角質形成細胞和成纖維細胞分別接種上、下兩層培養形成的人工皮膚。優點是使創面加速愈合，減輕瘢痕形成。但有關臨床應用資料較少。

臨床應用

燒傷創面的治療:燒傷創面是運用組織工程皮膚技術最早、最廣泛的領域。劉亞玲等[1]采用全層組織工程皮膚Activskin修復創面31例，其中治療組深Ⅱ°創面25例，愈合時間比對照組提前6天(P<0.05)，Ⅲ°創面6例，愈合時間比對照組提前20天(P<0.05)。隨訪提示Activskin移植后組織相容性好，作為三維結構支架的牛膠原膜在體內可降解，無免疫排斥及局部炎癥反應。說明了Activskin是一種具有生物活性、較理想的修復深度創面的新型皮膚代用品。大量的臨床病例都說明了對于Ⅱ°以上的燒傷病例，組織工程皮膚對創面修復有很大的幫助，是一種比較理想的治療方法。

潰瘍的治療:慢性潰瘍如靜脈潰瘍、壓力潰瘍、糖尿病潰瘍、放化療術后皮膚潰瘍等在臨床上較難治愈，傳統的治療方法不能獲得滿意效果。有研究報道運用組織工程皮膚效果較好。Veves等報道了對糖尿病足潰瘍的一項多中心、隨機、對照、前瞻性研究，治療組112例用Graftskin治療，對照組96例用濕紗布治療，兩組都采用同樣技術水平的廣泛外科清創、足部減壓等輔助治療。治療12周后，治療組完全治愈率為56%，對照組為38%，治療組傷口完全閉合時間是65天，對照組是90天，完全的傷口治愈優勢比是2.14。兩組不良反應的發生率相似。在一定程度上說明了Graftskin治療糖尿病足潰瘍療效顯著，為此類疾病的治療提供了一個新的思路。

皮膚病的治療:組織工程皮膚還可以用于多種皮膚及黏膜疾病的治療，如巨大先天性黑素細胞痣。臨床研究說明了組織工程皮膚療法安全、有效，為該類疾病臨床治療提供了可供選擇的途徑。Ozerdem等[18]報道了在臨床上用人工皮膚治療2例皮膚病的效果。1例12歲的男孩因大皰性表皮松解癥有廣泛的皮膚缺損和左腋攣縮，Apligraf被用于軀干和面部的皮膚缺損治療并外翻腋攣縮。1年后的追蹤調查顯示對移植物有較好的接受性，上肢的活動度也明顯增加。另1例6歲男孩患有皮神經黑皮癥，背部部分色素損害的切除造成大面積皮膚缺損，用Integra進行治療。1周后皮膚移植物接受性令人滿意。以上2例患者都取得了較好的治療效果。

光化性紫癜又稱老年性紫癜，是由于衰老、暴露部位長期日光照射，皮膚變薄松弛萎縮，皮膚和皮下組織內血管脆性增大而引起的一種紫癜性損害。Meggan等先用手術刀片切除患區薄層皮片，后用有孔Apligaf覆蓋創面，并加用敷料包扎。結果愈合良好，移植部位可正常耐受牽拉，美容效果較好。

總之，組織工程皮膚已用于許多難治性皮膚的治療，給臨床提供了新的治療途徑，豐富了皮膚美容手段，值得關注。

基礎研究領域的應用

皮膚生理學:組織工程皮膚替代物為皮膚生理學研究提供了模型。通過這個模型，研究者分析了與成纖維細胞分泌細胞外基質有關的真皮重建，進行了細胞間聯系通路的研究，應用于對樹突狀細胞、黑素細胞、Merkel細胞功能及細胞間相互作用等許多方面的研究，闡明了許多皮膚生理現象。

皮膚藥理學:組織工程皮膚模型已被用來評估許多藥物對皮膚的效果。其原因是:①用于做此類研究的動物皮、人皮比較短缺，而且由于在不同供者之間皮膚存在著多樣性，所以缺乏標準，使實驗沒有可比性;②由于某些實驗會給動物帶來痛苦，動物保護組織呼聲逐漸提高，促進各國相繼立法，保護實驗動物福利。2002年11月歐盟決定:從2009年起禁止用動物做化妝品測試，于是許多國外研究者構建皮膚模型來做此類研究。國內張兆清等[2]用組織工程皮膚模型來檢測10種化學品的皮膚刺激性，結果構建的檢測模型能夠分辨7種化學品的刺激性。與傳統檢測方法相比，成本低、可信度高，更符合倫理學要求。

問題和展望

組織工程皮膚已取得較好效果，但目前的人工皮膚仍不具備完整的皮膚結構，尤其是缺乏毛囊、皮脂腺、汗腺等附屬結構及功能，也非真正意義上的功能皮膚。理想的皮膚替代物應具備以下條件:具有表皮層和真皮層，真皮層可以快速血管化和神經再分布;真皮層可促進快速的生理性的傷口修復;表皮層可以快速地獲得充分的屏障和保護功能;與傷口創面充分一體化[3]。

參考文獻

1 劉亞玲，金巖，聶鑫.人組織工程全層活性皮膚在深度燒傷創面的臨床應用[J].第四軍醫大學學報，2004，25(3):224-228.

2 張兆清，金巖，余春艷，等.化學品刺激性組織工程皮膚檢測模型的構建[J].中國工業醫學雜志，2006，19(2):81-83.

3 Francois AA，Francois B，Veronique M，et al.Tissue-engineered skin substitutes:from in vitro constructs to in vivo applications.Biotechnol.Appl.Biochem，2004，39:263-275.