曾紅菊

（武漢大學(xué)醫(yī)院外科，湖北 武漢 430072）

皮膚組織工程在修復(fù)創(chuàng)傷皮膚中的臨床應(yīng)用

曾紅菊

（武漢大學(xué)醫(yī)院外科，湖北 武漢 430072）

皮膚是人體最大的器官。皮膚在受到創(chuàng)傷后愈合的過程中往往會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)面收縮及瘢痕形成，進(jìn)而可引起一系列局部功能、外觀和心理方面的并發(fā)癥。目前，臨床上在修復(fù)皮膚創(chuàng)傷時(shí)尚缺乏有效的手段。皮膚組織工程作為組織工程的一個(gè)分支，具有全面修復(fù)受損皮膚結(jié)構(gòu)和功能等作用。近年來，皮膚生物學(xué)、生物材料科學(xué)和工程技術(shù)都得到了迅速的發(fā)展，皮膚組織工程技術(shù)也取得了一定的突破。本文主要探討皮膚組織工程在修復(fù)創(chuàng)傷皮膚過程中的臨床應(yīng)用效果。

創(chuàng)傷修復(fù);皮膚組織;工程

皮膚是人體最大的器官，覆蓋人體的表面并占人總體重的8%左右。皮膚由表皮、真皮、皮下組織和皮膚附屬器官等構(gòu)成，具有防護(hù)、吸收、感覺、體溫調(diào)節(jié)、代謝、分泌和排泄等功能。它與外界環(huán)境直接接觸，能夠不斷接收外界的物質(zhì)信號(hào)并適應(yīng)其動(dòng)態(tài)變化。人的皮膚在受到損傷后常會(huì)引起一系列功能、外觀和心理方面的并發(fā)癥。目前，臨床上在修復(fù)皮膚創(chuàng)傷方面尚缺乏有效的手段。皮膚組織工程作為組織工程的一個(gè)分支，具有促進(jìn)多能干細(xì)胞、生物活性分子等對(duì)受損的皮膚進(jìn)行修復(fù)、全面修復(fù)受損皮膚的結(jié)構(gòu)和功能等作用。近年來，皮膚生物學(xué)、生物材料科學(xué)和工程技術(shù)都得到了迅速的發(fā)展，皮膚組織工程技術(shù)也取得了一定的突破。本文主要探討皮膚組織工程在修復(fù)創(chuàng)傷皮膚中的臨床應(yīng)用效果。

1 皮膚創(chuàng)傷的原因及現(xiàn)狀

人的皮膚常會(huì)直接暴露于存在有害微生物、熱力、機(jī)械性或化學(xué)性因素的環(huán)境中，因此易受到損傷。人體在罹患疾病、發(fā)生急性創(chuàng)傷或接受手術(shù)干預(yù)時(shí)都可能導(dǎo)致皮膚創(chuàng)傷。皮膚在發(fā)生創(chuàng)傷后愈合的過程中往往會(huì)引起創(chuàng)面收縮及瘢痕形成，進(jìn)而可導(dǎo)致一系列功能、外觀和心理方面的并發(fā)癥[1]。在所有的皮膚創(chuàng)傷中，皮膚燒傷最具有破壞性。皮膚燒傷不僅可使患者發(fā)生生理上的創(chuàng)傷和殘疾，還可使其出現(xiàn)情感及心理障礙[2]。發(fā)生嚴(yán)重的皮膚燒傷和慢性不愈合的皮膚創(chuàng)傷可使患者出現(xiàn)不可逆的功能障礙，并可使其因接受長(zhǎng)期的治療和護(hù)理而承受沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2 皮膚創(chuàng)傷的修復(fù)

人的皮膚因受到創(chuàng)傷而導(dǎo)致部分細(xì)胞和組織喪失后，會(huì)自發(fā)地對(duì)缺損的細(xì)胞和組織進(jìn)行修復(fù)。參與修復(fù)皮膚創(chuàng)傷的主要成分包括細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）和各種細(xì)胞。皮膚創(chuàng)傷的修復(fù)可概括為以下兩種不同的形式：1）皮膚的再生。皮膚的再生是指由受損皮膚周圍的同種細(xì)胞對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，使其不同程度地恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)與功能。皮膚的完全再生是指，皮膚在再生的過程中完全恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)與功能。2）皮膚的纖維性修復(fù)。皮膚的纖維性修復(fù)是指由受損皮膚中的纖維結(jié)締組織對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。受損的皮膚在發(fā)生纖維性修復(fù)后會(huì)形成瘢痕，故纖維性修復(fù)也被稱為瘢痕性修復(fù)。多數(shù)情況下，皮膚創(chuàng)傷的兩種修復(fù)形式會(huì)同時(shí)存在。受損皮膚的正常修復(fù)涉及4個(gè)相互重疊又明顯不同的階段：第一階段，受損的皮膚可發(fā)生與許多免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子有關(guān)的止血和炎癥反應(yīng)；第二階段，受損的皮膚可發(fā)生細(xì)胞增殖、遷移及角質(zhì)細(xì)胞的重上皮化；第三階段，受損的皮膚可發(fā)生受VEGF（血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子）調(diào)控的血管生成；第四階段，受損的皮膚可發(fā)生由各種miRNAs、生長(zhǎng)因子及連接蛋白參與的重塑[3]。

3 組織工程皮膚產(chǎn)生的背景

皮膚創(chuàng)傷，特別是皮膚全層燒傷的修復(fù)一直是困擾臨床醫(yī)生的棘手問題[4]。燒傷后皮膚的再生和功能修復(fù)是進(jìn)行燒傷學(xué)研究的焦點(diǎn)。較淺的燒傷創(chuàng)面或小面積的皮膚全層缺損，主要通過殘存皮膚附件的干細(xì)胞再生或臨近皮膚的上皮細(xì)胞遷移而逐漸愈合。在發(fā)生大面積燒傷或廣泛深度的皮膚創(chuàng)傷造成的皮膚全層缺損后，受損皮膚固有的表皮干細(xì)胞壁龕被破壞，其創(chuàng)傷愈合是通過傷口邊緣細(xì)胞的遷移和收縮來完成的，這可導(dǎo)致重大的攣縮形成，使病人發(fā)生嚴(yán)重的功能障礙，承受較大的痛苦[5]。皮膚移植是覆蓋大面積皮膚燒傷或皮膚缺損創(chuàng)面的重要手段。目前，自體皮膚移植手術(shù)是治療此類皮膚創(chuàng)面的首選療法。但是，大面積皮膚燒傷或皮膚缺損患者的自體皮源往往嚴(yán)重不足，在接受自體皮膚移植手術(shù)時(shí)其皮膚上會(huì)出現(xiàn)新的創(chuàng)面，其創(chuàng)面若未能及時(shí)得到有效的覆蓋會(huì)發(fā)生生命危險(xiǎn)。為了解決這一問題，能替代人體自身皮膚治療大面積皮膚燒傷或皮膚缺損的組織工程皮膚便應(yīng)運(yùn)而生。

4 組織工程皮膚的三要素

皮膚組織工程作為組織工程（Tissue engineering，TE）的一個(gè)分支，是一門新興的邊緣學(xué)科。組織工程皮膚是最早被開發(fā)和目前最接近成功的組織學(xué)產(chǎn)品，也是世界上第一種獲得美國(guó)食品與藥物管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)，被應(yīng)用于臨床上的組織工程產(chǎn)品。種子細(xì)胞、生物支架材料和生長(zhǎng)信息作為組織工程的三要素，對(duì)皮膚組織工程同樣適用。

4.1 種子細(xì)胞

組織工程皮膚的種子細(xì)胞是指能夠發(fā)育成皮膚組織或其細(xì)胞成分的培養(yǎng)細(xì)胞。根據(jù)來源的不同，種子細(xì)胞可分為以下兩類[6]：1）來源于皮膚細(xì)胞的種子細(xì)胞，包括角質(zhì)形成細(xì)胞（keratinocytes，KC）、皮膚成纖維細(xì)胞（fibroblast cells，F(xiàn)C）、 表 皮 干 細(xì) 胞（epidermal stell cells，ESCs）、黑素細(xì)胞（melanocytes，MC）。2）來源于非皮膚細(xì)胞的種子細(xì)胞，包括胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells，ESCs）、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Inducible pluripotent stem cells，iPSCs）、間充質(zhì)干細(xì)胞（包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs和脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞adipose-derived stem cells，ADSCs）、血管內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells， EC）、羊膜細(xì)胞（human amniotic membrane，AM）等。目前，組織工程皮膚中種子細(xì)胞的主要來源是患者的自體細(xì)胞、異體細(xì)胞和異種細(xì)胞。來源于患者自身的種子細(xì)胞具有最低的免疫原性和疾病傳播率，而且具有再生為新的皮膚組織的能力，用其修復(fù)皮膚創(chuàng)傷的效果最為理想[7]。種子細(xì)胞中的干細(xì)胞在受損皮膚愈合過程中發(fā)揮的作用包括以下幾種：1）在上皮的再生中可起到多種作用；2）其中具有多分化潛能的祖細(xì)胞，可從間充質(zhì)細(xì)胞向上皮細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化；③可作為血管再生時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞；④可表達(dá)成纖維細(xì)胞特異性膠原蛋白基因，促進(jìn)創(chuàng)面重塑；⑤可促進(jìn)色素再生；⑥可促進(jìn)毛囊再生[8]。

4.2 生物支架材料

組織工程皮膚的生物支架材料是指用于支撐細(xì)胞生長(zhǎng)為一個(gè)完整組織的框架材料。根據(jù)來源的不同，組織工程皮膚的生物支架材料可分為三大類：1）天然聚合物。⑴天然多糖聚合物，包括細(xì)菌纖維素、殼聚糖、透明質(zhì)酸等；⑵天然蛋白質(zhì)，包括絲素蛋白、纖維蛋白凝膠、膠原蛋白等。2）細(xì)胞外基質(zhì)，包括脫細(xì)胞真皮基質(zhì)、脫細(xì)胞羊膜及小腸黏膜下層。3）復(fù)合生物材料，包括天然聚合物+天然聚合物、天然聚合物+細(xì)胞外基質(zhì)、天然聚合物+合成聚合物。使用生物支架材料進(jìn)行皮膚創(chuàng)傷修復(fù)可能導(dǎo)致異物反應(yīng)，包括炎癥反應(yīng)、感染、血栓形成及栓塞。理想的生物支架材料應(yīng)具備以下條件：1）具有一定尺寸的三維多孔結(jié)構(gòu)；2）具有生物可降解性且速率可控；3）具有良好的生物相容性；4）不會(huì)引起炎癥反應(yīng)；5）具有可塑性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。此外，生物支架材料在濕態(tài)時(shí)也應(yīng)具有可操作的力學(xué)性能及一定的柔韌性，能夠與機(jī)體緊密貼合，且不會(huì)對(duì)機(jī)體造成機(jī)械損傷。理想的生物支架材料應(yīng)該類似于機(jī)體的細(xì)胞外基質(zhì)，能夠支持細(xì)胞的粘附、增殖和成熟，促進(jìn)創(chuàng)傷的愈合、肉芽組織的形成、纖維化、血管化和上皮再生[9]。

4.3 生長(zhǎng)信息

哺乳動(dòng)物的上皮組織器官在受到創(chuàng)傷后，修復(fù)的過程很復(fù)雜，可受到眾多分泌因子（包括細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和趨化因子等）的影響[10]。目前，許多研究證明，很多細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、趨化因子、轉(zhuǎn)化因子及新鑒定的生物活性分子都可以提高受損皮膚的愈合質(zhì)量，組織中生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的減少則可明顯延遲皮膚創(chuàng)傷的愈合且促進(jìn)瘢痕形成[11]。

5 組織工程皮膚的臨床應(yīng)用及挑戰(zhàn)

目前，治療皮膚創(chuàng)傷仍是臨床上面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。有關(guān)信號(hào)控制創(chuàng)傷細(xì)胞和分子行為的新知識(shí)，促進(jìn)了多能干細(xì)胞、生物活性分子在治療皮膚損傷中的應(yīng)用，減少了皮膚再生中疤痕的形成[12]。最近，皮膚生物學(xué)的發(fā)展強(qiáng)調(diào)了細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用在表皮形態(tài)發(fā)生過程中的重要性[13]。這導(dǎo)致了高度復(fù)雜和創(chuàng)新的3D皮膚替代物的產(chǎn)生。3D皮膚替代物可模擬人體皮膚的結(jié)構(gòu)和功能且含有毛囊、毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)、感覺神經(jīng)、脂肪組織和皮膚色素[14]。通過模擬局部解剖部位皮膚生長(zhǎng)的環(huán)境，不同的種子細(xì)胞和ECs可通過相互作用促進(jìn)血管生成及組織工程皮膚的血管化[15]。

臨床證據(jù)表明，組織工程皮膚（Tissue-engineering skin，TES）中包含的大多數(shù)細(xì)胞經(jīng)移植后存活的時(shí)間不到1個(gè)月[16]。目前，大部分的TES在受損皮膚愈合的過程中只能作為一種臨時(shí)替代物。缺乏直接的血液供應(yīng)和發(fā)生免疫排斥反應(yīng)是阻礙同種異體TES永久存活的兩個(gè)主要問題。隨著創(chuàng)傷愈合機(jī)制的闡明，多種細(xì)胞的恰當(dāng)組合及其相互作用在永久性TES的構(gòu)建及皮膚創(chuàng)傷的初始治療中可能會(huì)發(fā)揮重要的作用。我們相信，隨著皮膚生物學(xué)、生物材料科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展，TES療法在治療皮膚創(chuàng)傷方面終將達(dá)到與自體皮膚移植術(shù)等同的臨床效果。

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R722.14+2

A

2095-7629-（2017）19-0017-03

曾紅菊，女，1986年12月出生，籍貫為湖北，碩士，住院醫(yī)師，初級(jí)職稱，研究方向：真皮替代物的體內(nèi)外研究