[摘要]目的:研究激光微孔脫細(xì)胞基質(zhì)的生物力學(xué)性質(zhì)變化，制作合適規(guī)格的脫細(xì)胞基質(zhì)。方法:對不同間距的脫細(xì)胞真皮基質(zhì)進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變和應(yīng)力-松弛實驗等檢測，確定最佳孔徑的脫細(xì)胞真皮基質(zhì)。結(jié)果:確定350μm間距的脫細(xì)胞真皮基質(zhì)有良好的生物力學(xué)性能。結(jié)論:超脈沖CO2激光可以對脫細(xì)胞真皮基質(zhì)進(jìn)行精細(xì)的微加工，脫細(xì)胞真皮基質(zhì)適用于構(gòu)建組織工程支架。

[關(guān)鍵詞]脫細(xì)胞真皮基質(zhì);激光;微孔;生物力學(xué)

[中圖分類號]Q813.1[文獻(xiàn)標(biāo)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(xì)胞真皮基質(zhì)(acellular dermal matrix，ADM)是去除了真皮中具有抗原性的細(xì)胞成分，而保留了原有膠原纖維、彈力纖維等結(jié)構(gòu)的真皮支架。但脫細(xì)胞真皮基質(zhì)結(jié)構(gòu)較致密，再植回體內(nèi)后血管化受影響，筆者用超脈沖CO2激光改造脫細(xì)胞真皮基質(zhì)結(jié)構(gòu)，重塑微血管通道，促進(jìn)脫細(xì)胞基質(zhì)的血管化。但是微孔存在是否影響脫細(xì)胞真皮基質(zhì)的生物力學(xué)特性，對此筆者作出進(jìn)一步研究。

1材料和方法

1.1 脫細(xì)胞真皮基質(zhì)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(nèi)所有細(xì)胞成分。皮片室溫下孵育于0.15% Triton X-100 溶液中， 持續(xù)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(xì)胞真皮基質(zhì)的制備和分組:脫細(xì)胞真皮基質(zhì)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(shè)備:INSTRON 4302 拉伸機(jī)，夾持標(biāo)本用的特制夾頭，適用100N的傳感器，載荷范圍設(shè)定為20N(圖1)。

1.4 測試步驟:①對于每個標(biāo)本分別測量3 次厚度和寬度， 計算其平均值;②強(qiáng)度實驗: 以10 mm/min 速度將脫細(xì)胞真皮基質(zhì)拉斷，記錄此時力大小;③應(yīng)力實驗: 將脫細(xì)胞真皮基質(zhì)拉到2.0MPa柯希應(yīng)力時卸載， 預(yù)調(diào)3 次， 記錄第4次實驗數(shù)值;④松弛實驗: 給標(biāo)本一個速度脈沖， 大小為300 mm/min， 松弛時間設(shè)為3min。

1.5 數(shù)據(jù)處理:①應(yīng)力-應(yīng)變曲線: 對在生理范圍內(nèi)的應(yīng)力( 300 kPa) 時測出其對應(yīng)的彈性模量(應(yīng)變量)， 并作出相應(yīng)應(yīng)力- 應(yīng)變曲線， 其中縱軸代表柯西應(yīng)力T， 橫軸代表試件應(yīng)變長度L， 柯西應(yīng)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(qiáng)度: 各標(biāo)本強(qiáng)度均以標(biāo)本被拉斷瞬間時的力除以標(biāo)本的初始截面積表示(圖3);③通過應(yīng)力-應(yīng)變曲線而得到延伸率參數(shù)。試件延伸率為應(yīng)力等于300 kPa 時彈性模量斜率與應(yīng)變軸交叉點;④對間距350μm的微孔脫細(xì)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(tǒng)計學(xué)方法:實驗數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間及處理前后數(shù)據(jù)比較采用SPSS11.0 軟件包進(jìn)行t檢驗，以P<0.05 具有統(tǒng)計學(xué)意義。用Origin8.0 軟件包繪出各組曲線并進(jìn)行擬合。

2結(jié)果

見表1。

3討論

組織工程在皮膚和尿道等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，支架是組織工程臨床應(yīng)用中的關(guān)鍵問題[1-2]。脫細(xì)胞真皮基質(zhì)(acellular dermalmatrix，ADM)是去除了真皮中具有抗原性的細(xì)胞成分，而保留了原有膠原纖維、彈力纖維等結(jié)構(gòu)的真皮支架。由于皮膚移植中的主要免疫排斥是細(xì)胞排斥，在去除了具有強(qiáng)烈免疫反應(yīng)的細(xì)胞成分外，ADM不具有免疫原性，移植回體內(nèi)后不引起機(jī)體的免疫排斥反應(yīng)，可以在體內(nèi)長期存活并被機(jī)體改建[3]。脫細(xì)胞真皮基質(zhì)結(jié)構(gòu)較致密，創(chuàng)面上血管的長入和交通受機(jī)械阻礙，基質(zhì)的血管化受影響?？茖W(xué)家們提出了種種改造脫細(xì)胞基質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。但是目前制備有機(jī)多孔支架方法如化學(xué)法(纖維粘結(jié)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(jī)，基質(zhì)不均一缺點。

激光打孔是最早達(dá)到實用化的激光加工技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于金屬、皮革、玻璃、木材等材料的加工。激光打孔技術(shù)具有以下優(yōu)點:①打孔速度快、效率高;②孔徑微小、可調(diào);③適合數(shù)量多、高密度的群孔加工[4]。激光微孔孔徑可達(dá)到數(shù)十至數(shù)百微米，可容納蛋白質(zhì)等營養(yǎng)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(xì)胞基質(zhì)，但是激光加工脫細(xì)胞真皮基質(zhì)勢必影響支架內(nèi)的膠原和彈性纖維結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的變化勢必影響脫細(xì)胞真皮基質(zhì)的生物力學(xué)特性。脫細(xì)胞真皮基質(zhì)的強(qiáng)度和彈性與脫細(xì)胞基質(zhì)的降解密切相關(guān)。設(shè)計本實驗?zāi)康氖钦业胶线m規(guī)格的脫細(xì)胞真皮基質(zhì)，既能有效促進(jìn)脫細(xì)胞真皮基質(zhì)的血管化，又能維持脫細(xì)胞真皮基質(zhì)的適度彈性和強(qiáng)度，保證脫細(xì)胞基質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

脫細(xì)胞基質(zhì)生物力學(xué)性能主要取決于基質(zhì)內(nèi)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(xué)指標(biāo)可以大致反映結(jié)構(gòu)改變。強(qiáng)度較為直觀地說明材料整體的力學(xué)指標(biāo)并衡量是否適合臨床應(yīng)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(jié)構(gòu)的差異。如果膠原纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞， 應(yīng)力- 應(yīng)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(yīng)力- 松弛曲線亦可以用來評估基質(zhì)結(jié)構(gòu)。它體現(xiàn)材料內(nèi)部彈性纖維結(jié)構(gòu)和排列， 材料快速松弛表明在作用應(yīng)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(rèn)為纖維變化很固定。

該實驗中所有樣品的應(yīng)力- 應(yīng)變曲線均表明隨應(yīng)力增加曲線斜率逐漸增加， 符合黏彈性組織的生物力學(xué)特性。但是在最大應(yīng)力強(qiáng)度比較中，我們發(fā)現(xiàn)350μm和500μm、650μm組中比較應(yīng)力變化比較平緩，但是200μm組應(yīng)力急劇下降，顯示結(jié)構(gòu)變化較明顯。SPSS統(tǒng)計也證實了在200μm和以上各組比較中有明顯的統(tǒng)計學(xué)意義。應(yīng)力松弛曲線也表現(xiàn)出彈性體的性質(zhì)，材料快速松弛表明在作用應(yīng)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(rèn)為纖維變化很固定。350μm組中應(yīng)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(jīng)過實驗選定間距350μm的脫細(xì)胞真皮基質(zhì)適合皮膚中支架的修復(fù)。

4結(jié)論

激光適宜對脫細(xì)胞真皮基質(zhì)進(jìn)行精細(xì)的微加工，經(jīng)過生物力學(xué)性能的測驗，微孔脫細(xì)胞基質(zhì)不僅能夠有效血管化，同時也具有良好的生物力學(xué)特性。

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[收稿日期]2010-02-26[修回日期]2010-04-21

編輯/張惠娟

注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文