可重塑生物補片在疝及腹壁外科的應用和展望

劉文博，高　茗

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·綜述與講座·

可重塑生物補片在疝及腹壁外科的應用和展望

劉文博，高茗

非交聯生物補片、合成生物補片、改性生物補片、可重塑

外科的發展已經從切除(resection)、修補(repair)、替代(replacement)進入到第4個“R—再生(regeneration)時代。在疝與腹壁外科領域，理想的補片應具備如下特點：(1)使用方便，力學穩定；(2)炎癥反應輕，腹腔內植入異常黏連少；(3)耐受感染或主動抗感染；(4)可降解、吸收、重塑[1]。其中耐受感染、可重塑是當前補片的主要發展趨勢，代表性材料是動物源性的非交聯生物補片(non-crosslinked biologics)、合成生物補片(synthetic biologics)以及改性或載藥非交聯生物補片。筆者就相關應用進展綜述如下。

1　動物源性的非交聯生物補片

動物源性的非交聯生物補片制備技術是將來源于人尸或動物的組織，經嚴格脫細胞處理去除組織中含有的各種異種異體蛋白、DNA、抗原而保留下具有完整外觀形態、組織學超微結構的不溶性支架(acellular tissue matrix, ACTM)作為修復材料[2]。根據組織來源的不同ACTM可大體分為兩類：(1)惰性組織(inert tissue，IT)源產品，以人尸/豬的真皮(acellular dermis matrix, ADM)、牛/豬/馬的心包、牛/豬的腹膜等為代表。來源組織屬機體內生物惰性組織，成分幾乎僅為結構蛋白(膠原纖維和彈力纖維)、無黏連蛋白、生長因子和蛋白聚糖類等生物活性成分。(2)細胞外基質(extracellular matrix，ECM)源產品，其擁有完整的活體組織ECM的三維超微結構和黏連蛋白類、生長因子類、糖胺聚糖類等生物活性成分。這類產品以豬小腸黏膜下層(small intestinal submucosa, SIS)、豬膀胱黏膜層基底膜(urinary bladder matrix, UBM)、人羊膜(anmiotic membrane)等為代表。以UBM為例，其生物活性成分除了上述可定量測定的以外，其植入體內后的降解產物經高效液相色譜分離可得5 000余種多肽和蛋白質，其中確認與組織黏附、促結合、抗凋亡、誘導分化、促增殖相關的成分有42種[3]。

ECM源產品的制備技術(包括脫細胞處理和成型工藝)較IT源產品更復雜但前者擁有更多修復組織缺損的優勢[4]：(1)IT源產品僅能誘導血管化的結締組織再生填充組織缺損、實現解剖層面的修復，而ECM源產品植入后可與宿區有效整合，主動吸引自體干細胞遷入損傷處并促進增殖和分化而實現部分程度的特異性、功能性修復，如實現肌肉筋膜等組織再生和神經支配部分恢復而改善殘疾肢體功能[5]。(2)IT源產品結構致密，含有大量降解緩慢且人體25歲后不能再生的彈性纖維，導致修復區遠期不穩定，易失彈性[6-7]。

ACTM修復組織缺損的原理是“內源性誘導再生”，這與非降解高分子材料通過異物刺激、慢性炎癥反應來刺激纖維生成，最終用結構瘢痕組織來修復缺損的原理完全不同[8]。基于此原理，ACTM修復區無永久異物和慢性炎癥，能應用于全身幾乎所有的軟組織創面修復，如疝和腹壁缺損修補、臟器填塞止血、吻合口加強、盆底重建等[9]。已有大量動物實驗和臨床應用證實動物源性的非交聯生物補片具有良好的腹壁缺損修復療效。截至2008年3月31日，累計已有超過2000名患者的臨床應用及隨訪資料證實生物補片用于清潔創面有超過90%的成功率，用于輕度污染或潛在感染創面缺損有超過75%的成功率，并且術后長期疼痛發生率降低[10]。ADM修復切口疝的平均隨訪期已達38個月[11]，而SIS修復腹股溝疝的隨訪時間甚至已有至72個月的報道[12]。如Franklin等[13]腹腔鏡下應用SIS修復伴有輕度污染或潛在感染的疝116名患者，共計133例疝修補包括29例腹股溝疝、57例切口疝、38例臍疝，平均隨訪時間(52±20.9)個月，確認有7例疝復發，11例血清腫，10名患者訴有輕度痛，修復療效令人滿意。我國學者回顧性分析2011年5月至2013年12月362例使用SIS補片行腹股溝疝無張力修補術的患者,術后隨訪(24±12)個月，2例(0.55%)復發；SIS補片固定時間(5±2)min；46.4%患者術后3 d內有低熱(低于38.5℃)，3 d后體溫均降至正常，未使用抗生素。2例出現感染，均為嵌頓疝腸破裂污染切口，感染后未將補片取出，予以換藥3～4周后愈合，未復發。應用SIS補片行無張力疝修補術療效確切、手術簡便，對年輕患者或者高危感染患者可能更具有優勢[14]。

ACTM還具有天然耐受感染的特性，這得益于其植入后再血管化速度快、吞噬細胞能早期進入材料內部，細菌生物被膜難以形成[15]。此外，ACTM植入部位若有繼發補片感染，植入物將被細菌分泌的膠原酶降解，只需及時徹底引流即可，不會出現不可吸收材料切口遷延不愈，需二次手術去除補片弊端[16]。

2　合成生物材料

2.1TIGRTIGR是在疝外科中應用最早的完全合成可降解材料補片。由2種不同降解速率的合成生物材料編織而成。快降解纖維由乙交酯(glycolide)、丙交酯(lactide)及三亞甲基碳酸酯(trimethylene carbonate)構成，慢降解纖維則為丙交酯和三亞甲基碳酸酯，快慢降解纖維質量比為2∶3。Hjort等[17]在腹壁缺損羊模型中植入TIGR補片和PP補片，觀察發現，與PP補片相比，TIGR修復區膠原纖維排列更接近于自體組織。隨著補片的降解，Ⅰ型膠原與Ⅲ型膠原的比值逐漸上升，提示修復區高強度的膠原重塑。36個月后TIGR補片幾乎完全降解[18]。

Ruiz-Jasbon等[19]用TIGR補片對40名腹股溝疝患者行手術修復，35名患者完成3年術后隨訪。術后1年均未發現嚴重并發癥。單側斜疝患者3年隨訪中未復發且無術后疼痛及不適，4名直疝(4/9，44%)及4名復合疝(4/12，33%)患者復發。復雜腹股溝疝復發率高的可能原因為直疝和斜疝復合的情況對力學要求較高，而TIGR在缺損組織再生出能夠承受腹腔張力之前已經完全降解，新生組織并未完成有力的重塑，導致的力學失衡。因此，如果合成生物材料植入體內后可延長力學保持的時間，延緩降解的速率，可能減少疝復發。

2.2BIO-ABIO-A由聚乙交酯和聚三亞甲基碳酸酯的共聚物構成，植入體內后約7個月可完全降解，但降解產物為酸性，易加重炎性反應和纖維化。其三維基質中的開放網孔便于宿主細胞浸潤并啟動組織再生及再血管化，最終達到1∶1自體組織替換。目前BIO-A已應用于修復Amyand疝[20]、食管裂孔疝[21]、腹股溝疝[22]等。Priego等[21]應用BIO-A修復大型食管裂孔疝老年患者10例，平均20.3個月的隨訪期內，僅1名患者復發。Negro等[22]報道15例BIO-A修復的斜疝患者，18個月后所有患者未出現疼痛、復發等癥狀，且均對修復結果表示滿意。

2.3PhasixPhasix由聚-4-羥基丁酸酯(Poly-4-hydroxybutyrate, P4HB)構成，屬于聚羥基脂肪酸酯的一種。Phasix補片的降解-重塑曲線更趨于平衡，新生組織能夠及時填補已經降解的補片；腹內壓得以逐漸緩慢的施加到新生組織之上，完成二者間的力學承接，降低疝復發率。此外，其降解產物不含酸性物質，不改變植入區pH值，可以避免由此引起的局部炎癥反應。Deeken等[23]在豬腹壁缺損模型中植入Phasix補片及P4HB網塞，證實二者修復區的爆破力和硬度均強于天然腹壁。另外有報道稱P4HB網片較聚丙烯能降低細菌定植率[24]，不過筆者對這一臨床意義心存疑慮，補片感染大多發生術后1個月內，因為P4HB是細菌代謝產物、不受細菌分泌的膠原酶等降解，在術區至少存在18個月，這段時間內是否會出現創面遷延不愈而不得不再次手術取出補片不得而知。

2.4SERISERI是由高度純化的蠶絲蛋白纖維編織成的慢降解補片，具有較好的力學性能及生物相容性。Fine等[25]2015年報道了71例患者接受SERI補片修復乳房，術者對SERI補片操作性的滿意度都較高。在術后半年及1年，術后主要并發癥發生率均較低，包括組織壞死(6.7%)、血清腫(5.7%)、皮下血腫(4.8%)、囊性收縮(1.9%)及感染(1.0%)。

3　載藥非交聯生物補片

非交聯生物補片擁有三維網狀膠原纖維支架結構，含有一定黏蛋白成分和負電荷，易于吸附各種微粒，通過添加不同的微粒可以改良生物補片的特定屬性。Mondalek等[26]在生物補片中植入透明質酸納米顆粒以提高其表面生物相容性、加快細胞在其表面的增殖速度。Suckow等[27]在生物補片中添加尼美舒利(選擇性COX-2抑制劑)以提高防粘連性。非交聯生物補片也被作為細胞支架構建組織工程補片[28]。堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)可以在體內外促進血管再生及細胞遷移增殖，因其半衰期較短，并且易被體液降解、稀釋，限制其應用。因此，研究者利用基因工程將膠原結合域(collagen binding domain，CBD)重組于bFGF將其綁定至膠原等[29]，加載CBD-bFGF的活化生物材料補片在組織學及生物力學上都能夠達到較好的修補效果。

在疝及腹壁外科中，如何修補污染的腹壁缺損一直是棘手的問題。ACTM具有一定的耐受感染性，但不可否認的是，ACTM僅是部分耐受感染而不是抗感染，其自身并沒有抗微生物活性[30]。鑒于ACTM的臨床應用以污染創面為主，具備抗菌活性的補片可以在修復區釋放抗感染藥物，有效降低切口感染率。Zhou等[31]將SIS補片浸入納米銀溶液(顆粒濃度為25～500 μg/mL)，24 h后制備出納米銀SIS補片(NS-PSIS)，NS-PSIS體外表現出對金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大腸埃希菌及銅綠假單胞菌較強的抗菌能力。納米銀不影響PSIS的重塑特性及新生血管的長入，并且無熱源和皮膚刺激性，體內幾乎無殘留。

4　交聯改性生物補片和生物-合成復合

非交聯生物補片修復組織缺損實現成功的組織再生需要3個因素：支架、信號、細胞，其中周圍組織提供毛細血管并供應宿主細胞是重要前提[2]，但實際臨床情況下植入材料往往兩面都不能接觸到充分血供。非交聯生物補片在此類應用環境下的復發率高于合成補片，另有報道稱生物補片修復高張力疝遠期復發率可能高于合成補片[32]。為改善這一現狀，材料學專家嘗試將生物補片內的膠原先期進行交聯，以此延遲置入生物補片的降解而達到維持置入補片張力的目的。交聯后的膠原蛋白的三維螺旋支架間發生黏結，以此穩定了膠原酶對支架的降解(通俗講就是“皮革化”)，從而增加了置入支架的強度和持久性[33]。在某些領域交聯材料的應用很重要，如作為心臟瓣膜的生物補片需經過交聯處理，以避免被降解而使外形改變不能導致有效關閉，最常用的交聯方法是借助化學制劑發生生物、化學反應。

任何事物都有兩面性，交聯處理后雖然可拮抗降解，卻導致補片網孔縮小，限制宿主細胞對補片的浸潤，最終在軟組織修復過程中纖維性包膜的產生遠勝于生物補片的“重塑”過程[34]。交聯生物補片的材料-宿主反應類型與合成材料類似，出現慢性異物反應，補片周圍形成纖維囊“包裹”。交聯生物補片植入后的宿主反應類型接近聚四氟乙烯材料，決定了其不能應用于感染創面，甚至可以說交聯生物補片的耐受感染能力遠遜于輕量、大網孔的合成纖維補片。美國FDA MAUDE在1997-2008年共有150例生物補片不良反應報道，其中112例(75%)都是交聯脫細胞真皮材料，其中79%是應用于污染或潛在感染創面[32]。

另一種措施是非交聯生物-不可吸收合成纖維“雜交疝修補裝置”，具體是超輕量聚丙烯補片被細胞外基質包裹而成的補片，其中的輕量大網孔補片的力學強度高于人體天然腹壁筋膜，即使非交聯生物補片被完全降解無任何組織再生，單獨合成補片也足以應付腹腔壓力[35]。而細胞外基質成分能改善復合材料的宿主-材料交界區炎癥反應、減少細菌定植于永久性植入物。美國FDA已經允許相關新材料上市，臨床適應征主要是橋接技術修補腹壁疝時使用。

總之，在尋找理想腹壁修復材料的道路上，可重塑生物補片是生物相容材料發展到個體化組織工程材料間的一個過渡，未來的修復材料必將會由傳統的被動修補轉向主動、功能化的自體組織重塑再生。

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(本文編輯：張陣陣)

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