未來皮膚醫療技術

文·圖/沈臻懿

就燒傷患者而言，時間是能否將其治愈的關鍵。對于人造皮膚培植而言，其往往需要幾周甚至更長的時間。在這一等待過程中，患者也有可能出現感染等問題。為了能更好地實現治療效果，令燒傷患者的皮膚得以再生和修復，且更快地痊愈，噴霧式干細胞皮膚修復技術應運而生。

噴霧式皮膚修復利器

鯊魚皮膚表面的微溝壑結構

噴霧式干細胞皮膚修復技術的應用，需要借助一款名為皮膚噴槍（Skin Gun）的“利器”。“Skin Gun”的名稱中雖帶有“Gun”，但其并非像槍（Gun）那樣帶有破壞性，而是一種能用于提升燒傷治療效果、縮短治愈時間的新型醫療設備。根據初步實驗研究，噴霧式干細胞皮膚修復技術的介入，能夠令燒傷患者在送抵急診室后的90分鐘內即展開治療。首先，這需要對患者的健康皮膚進行取樣，從一小塊未損傷皮膚上分離、提取出干細胞后，將其置于特殊的溶液中接受培植；其次，使用皮膚噴槍，使含有大量干細胞的懸浮溶液噴至嚴重燒傷或創傷處，以幫助細胞生長并促進皮膚的自主修復；最后，還需將一種名為“仿生毛細血管系統”的敷料覆蓋于傷口，便可完成整個治療過程。這一材料類似于人體的動、靜脈，其所含導管與能夠提供葡萄糖、電解質、氨基酸和抗生素的“仿生血管系統”相連，在為干細胞提供營養的同時，也可起到殺菌消毒作用。

對患者的健康皮膚進行取樣

噴霧式干細胞皮膚修復技術成敗與否的關鍵，在于皮膚噴槍中噴射出的細胞的存活率高低。若干細胞在噴霧過程中受到“傷害”，就無法再繼續正常生長。皮膚噴槍所使用的極為溫和的正壓氣流方式，能夠保障脆弱的干細胞免于暴露在強大的撕裂力量下。實驗數據顯示，通過皮膚噴槍噴射出的干細胞溶液中，有超過97%的細胞得以存活并繼續生長。

對于嚴重燒傷患者而言，植皮手術是當前一種較為常規的治療方式。但該手術往往較為疼痛，且存在毀容風險。燒傷疤痕還會帶來皮膚增厚、疼痛、發癢等問題，甚至因肌肉攣縮而導致功能喪失。即使在燒傷愈合后，病人還可能因疤痕問題而無法正常使用四肢。相較于常規治療方式，噴霧式干細胞皮膚修復技術有著自身特殊優勢：噴霧式干細胞皮膚修復技術能夠覆蓋的治療面積是供區皮膚的百余倍，即使是面對大面積創傷的患者，其所需要的供區皮膚面積也很小。更為關鍵的是，這一新科技不僅可以消除因皮膚移植的代謝問題而產生的水皰，還能夠促使損傷部位快速、無痕地愈合。在大幅縮短治療周期的同時，為燒傷患者避免疤痕影響提供了可能。

為了進一步驗證噴霧式干細胞皮膚修復技術的價值，研究人員還在持續對該技術進行著完善。研究人員針對這一技術中的關鍵要素——干細胞，分別采用了脂肪干細胞、骨髓干細胞和皮膚干細胞予以對照研究。初步試驗結果顯示，脂肪和骨髓干細胞的修復效果甚至還好于皮膚干細胞。

防止細菌感染的鯊魚皮膚結構仿生技術

隨著對于海洋開發和利用的深入，人們已陸續發現4000至5000種海洋污著生物，包括海洋菌類、海洋藻類和海洋動物等主要門類。在許多海洋紀錄片中，我們經常會看到備受藤壺寄生“折磨”的海龜。巨大的海龜甲殼，似乎已成為海洋污著生物的天然附著地。

科學家們已然注意到了這一現象，為什么海龜、鯨魚等生物的體表常附著大量的海洋污著物，而鯊魚的皮膚卻總是能保持干凈和光滑呢？針對這一問題，科學家們進行了深入研究。顯微觀察下人們可以發現，鯊魚的皮膚表面其實并不光滑，而是呈現出齒狀結構的排列，覆蓋了一層由微小盾鱗構成的“V”形凹槽角質層。這一微溝壑結構能夠顯著減少污著生物和細菌的接觸面積，令其難以附著，并使其更易被海水沖掉。

根據這一發現，科學家們也開始考慮，是否可以借此來研發一種新型的防污抗菌技術，以便更好地起到防止細菌感染的效果。通過實驗研究，科學家研發出了一種特殊排列的仿生鯊魚皮膚微結構。組成這一紋理微結構的尺寸只有鯊魚體表盾鱗的十分之一左右。就其原理而言，借助鯊魚皮膚結構仿生技術構建起的物理屏障能夠有效阻隔細菌間的相互接觸，最大限度地消除菌落形成的可能性。要知道，如果菌落無法形成，就很難導致感染。細菌微生物的傳播，通常可利用被污染的液體。若是能抑制液體與材料表面之間的接觸，就可直接減少細菌的接觸轉移。鯊魚皮膚結構仿生技術的特點能夠明顯提升材料表面的疏水性，進而讓液體難以附著。此外，鯊魚皮膚結構仿生技術的微米級紋理尺寸與大多數細菌的大小較為接近，大約僅為一根頭發的五十分之一左右。這一微米級特性，使得材料表面即使還留有細菌，也難以大量繁殖，同樣也可起到抑制細菌運動和增殖的作用。

隨著微生物藥物耐藥性危機日益受到關注，如何提升醫療領域中的抗菌技術也愈發迫切。抗生素原本是用于殺滅細菌的一項重要武器。尤其是在抗生素剛投入使用的最初一段時期，其大為強化了人類抵御傳染性疾病的能力。然而，抗生素的濫用，也導致了微生物耐藥性和超級細菌的出現。青霉素作為人類最早發現并使用的抗生素，已難以對抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌自被發現至今，已成為醫院內感染的一種重要病原菌，其往往會使患者的傷口感染且久治不愈。

耐甲氧西林金黃色葡萄球菌

時至今日，醫院內感染仍是醫學發展中一項不容回避的問題。不少患者在經歷手術后都需要使用導尿管，而因導管留置體內所引發的感染往往較為常見。這一感染問題不僅會導致病患產生各類嚴重的并發癥，甚至還可能令其面臨死亡的威脅。長期以來，人們已相繼嘗試過藥物涂層、納米銀涂層等抗菌手段，但其臨床效果較為有限。鯊魚皮膚結構仿生技術的問世，可以有效減少病原體經接觸而傳播的風險。這也使其在降低醫院內感染，減少導尿管、氣管插管等留置式醫療器械造成的感染以及傳染病控制方面，有著很大的應用空間和前景。

將鯊魚皮膚結構仿生技術應用于導尿管等醫療器械，相當于在其表面包覆一堵專門的“物 理屏蔽墻”。一方面，鯊魚皮膚結構仿生技術中那些肉眼難以直視的紋理，能夠阻止細菌在物體表面的附著；另一方面，則有助于抑制細菌經由導管進入患者的膀胱。相較于其他抗菌抑菌方式，鯊魚皮膚結構仿生技術側重的是物理屬性方面的突破，并沒有采用重金屬或者化學添加劑等方式來改變產品材質，因而對于人體而言有著更高的安全性。

除了能夠在醫療器械領域起到更好的物理抗菌效果之外，鯊魚皮膚結構仿生技術還有望進一步提升生化防護服的性能，以更好地保護救護人員、研究人員等免受生物性、化學性的傷害。這一新型生化防護服同樣基于仿生學的原理，即在各種類別的材料上對于鯊魚皮膚結構進行模擬，以利用其抗污能力，從而抵御紛繁復雜的生物和化學威脅。在生物威脅防范上，仿生鯊魚皮膚結構的新型防護服，力求能保護穿戴者抵御包括炭疽、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等在內的細菌，以及流感病毒、鼻病毒和埃博拉病毒等。而在化學威脅防范方面，仿生鯊魚皮膚結構的防護服力求不僅能抵御來自氨氣、氯氣、芥子氣以及其他毒氣等有害化學物質的侵襲，還能為穿戴者提供針對肉毒桿菌、蕁麻毒素等化學恐怖襲擊的防護。