楊輝

·專家筆談·

新型材料與顱底重建技術(shù)

楊輝

顱底重建； 材料

顱底病變的手術(shù)治療包括手術(shù)入路、病變切除與顱底重建三個(gè)部分。神經(jīng)內(nèi)鏡的使用為各種顱底病變提供了創(chuàng)傷更小的入路。顱底骨質(zhì)、硬膜及局部軟組織缺損是顱底手術(shù)常見并發(fā)癥，會(huì)增加術(shù)后腦脊液漏、顱內(nèi)外感染及腦膨出的發(fā)生幾率。因此，顱底重建技術(shù)是制約內(nèi)鏡發(fā)展的重要難題。過去十幾年內(nèi)，眾多材料被運(yùn)用于顱底重建。目前常用的修補(bǔ)材料可分為游離材料和帶血管蒂的組織瓣，前者包括自體的脂肪、肌肉、筋膜等 自體游離移植物、帶血管蒂皮瓣等材料，還有人工材料如人工硬腦膜、生物膠、明膠海綿、骨替代材料、人工合成可吸收密封膠、人工合成硬膜等材料[1]。眾多的材料運(yùn)用于顱底修補(bǔ)，但是各種材料均有優(yōu)缺點(diǎn)。近年來，隨著以3D打印、電紡絲為代表的工程技術(shù)以及材料學(xué)的飛速進(jìn)展，越來越多的研究將視野轉(zhuǎn)移到可運(yùn)用于顱底重建的新型材料中。

一、顱底重建現(xiàn)狀

顱底重建的材料與方法眾多，其選擇常常根據(jù)顱底損傷類型以及腦脊液漏的程度決定。目前常見的材料有以下幾種。

1.自體游離移植物：自體游離移植物包括游離黏膜、脂肪、闊筋膜、骨頭等。游離黏膜常來自鼻腔的鼻中隔、中及下鼻甲，用于覆蓋修補(bǔ)缺損，并且黏膜面需朝外，以免形成黏液囊腫。脂肪常取自腹部脂肪組織，用作硬膜下填充物，尤其是腫瘤切除后填充巨大的腔隙。闊筋膜是非常耐用的材料，常取自大腿外側(cè)，用作覆蓋物修補(bǔ)缺損，其最大的缺點(diǎn)是傷口造成的創(chuàng)傷，尤其是對(duì)于愛運(yùn)動(dòng)的年輕人。游離骨頭用于需要硬物修補(bǔ)，尤其是適用于肥胖病人，用于預(yù)防遠(yuǎn)期的腦膜膨出。游離骨頭常來自顱骨本身、犁骨或者篩骨垂直板，對(duì)于術(shù)后需要放療的病人，其運(yùn)用還存在爭(zhēng)議，因?yàn)榭赡軙?huì)導(dǎo)致放射性骨壞死進(jìn)而導(dǎo)致填充的失敗。

2.人工合成硬腦膜：人工合成硬腦膜材料可用于顱底硬腦膜的修補(bǔ)，其運(yùn)用可以使硬腦膜張力更低，更安全，并且可以減少其他方法提供移植位置的損傷。但是現(xiàn)有材料常會(huì)與腦組織產(chǎn)生一定程度的黏附，并且部分病人還會(huì)出現(xiàn)組織排斥。

3.帶血管蒂皮瓣：帶血管蒂皮瓣包括帶蒂鼻中隔黏膜瓣(應(yīng)用最為廣泛)、帶蒂中、下鼻甲黏膜瓣、硬腭黏骨膜瓣、帶蒂額骨骨膜、顳枕肌筋膜瓣等[2]。主要分為兩大類：鼻內(nèi)黏膜瓣以及鼻外皮瓣。鼻內(nèi)黏膜瓣最主流的方法是鼻中隔帶蒂黏膜瓣，由Hadad等[3]最早于2006年報(bào)道，亦稱為Hadad-Bassagasteguy黏膜瓣，這種黏膜瓣的運(yùn)用大大降低了術(shù)后腦脊液漏的幾率。鼻中隔帶蒂黏膜瓣運(yùn)用針尖單極灼燒或者冷凝鼻中隔黏膜分離出來，分離出來的帶蒂黏膜瓣常暫放于鼻咽或者上頜竇中以避免后續(xù)手術(shù)的損傷，術(shù)后可以通過增強(qiáng)MRI來判斷此黏膜瓣血供是否完整[4]。當(dāng)手術(shù)涉及前鼻中隔成形術(shù)、鼻竇手術(shù)、顱底手術(shù)時(shí)，鼻中隔帶蒂黏膜瓣往往不是首要選擇[5]。帶蒂下鼻甲黏膜瓣常用于鞍區(qū)、鞍上以及斜坡病變，此種黏膜瓣的血供由下鼻甲動(dòng)脈提供[6]。帶蒂中鼻甲黏膜瓣常用于蝶骨平臺(tái)、篩板、鞍區(qū)以及斜坡的小病變，這種黏膜瓣較難采取，并且表面區(qū)域比較小[7]。

常見的鼻外皮瓣包括顱骨骨膜瓣、顳頂筋膜瓣、腭瓣等。顱骨骨膜瓣血供來自眶上或滑車上動(dòng)脈，常用于蝶鞍前部缺損的修補(bǔ)[8]。顳頂筋膜瓣是鼻內(nèi)皮瓣缺乏時(shí)極佳的選擇，由顳淺動(dòng)脈供血，常取自顱底病變同側(cè)頭皮，但其取材鄰近面神經(jīng)額顳分支，損傷神經(jīng)幾率增加，并且旋轉(zhuǎn)角度有所限制，因此在斜坡和鞍旁區(qū)域運(yùn)用受限制[9]。其他皮瓣比如腭瓣、面顳肌瓣、帶血管蒂顳骨瓣等仍在臨床上有所運(yùn)用，但由于其容易造成鄰近組織或神經(jīng)損傷并未廣泛推廣運(yùn)用。

4.游離組織瓣：游離組織瓣的運(yùn)用是顱底重建最后的選擇，往往不是運(yùn)用于單純內(nèi)鏡手術(shù)過程中，因?yàn)橛坞x組織瓣的植入通常需要暴露更大的手術(shù)入路，組織瓣還需要在顯微鏡下行吻合術(shù)，常常和顳淺動(dòng)脈與面動(dòng)脈吻合[10]。游離組織瓣常取自前臂橈側(cè)、大腿前外側(cè)、腓骨或者肩胛骨后部。這種修補(bǔ)材料對(duì)于中線顱底需要接受持續(xù)放療的病人以及填充病變切除后留下的較深的間隙尤其有用[11]。

5.可吸收封閉膠、膠水：不管是運(yùn)用上述何種材料進(jìn)行顱底修補(bǔ)，可吸收封閉膠、膠水的運(yùn)用對(duì)于組織之間的貼合至關(guān)重要。目前最常用的方法是將封閉膠、膠水與止血材料一同涂于患處，并且封閉膠、膠水不能置于各種重建材料下方。

如前所述，顱底重建材料眾多，在實(shí)際臨床工作中往往根據(jù)病情，選擇不同的材料，最重要的考量標(biāo)準(zhǔn)是腦脊液漏的程度。腦脊液漏分為三種類型：無腦脊液漏(即無顱內(nèi)開口或可見的泄露)，低流量漏(有顱內(nèi)開口但漏出量少且不與腦池、腦室相連)，高流量漏(有顱內(nèi)開口漏出量多常與腦池、腦室相連)。三種類型不同的修補(bǔ)方法及材料選擇見表1[12]。

無腦脊液漏的修補(bǔ)可僅運(yùn)用人工合成替代材料，額外再使用游離黏膜或者脂肪可以增加修補(bǔ)強(qiáng)度。對(duì)于低流量腦脊液漏，帶血管蒂與不帶血管蒂的材料使用并無差異。對(duì)于高流量腦脊液漏的修補(bǔ)，則是推薦帶血管蒂材料以及多層修補(bǔ)。某些特殊的疾病比如顱底腦膜瘤、Cushing病、病態(tài)肥胖癥常需要擴(kuò)大手術(shù)入路并且術(shù)后腦脊液漏比例更高，這些疾病的顱底修補(bǔ)首選帶血管蒂材料[13]。除此之外，需要后續(xù)接受放療的病人以及再次手術(shù)的病人也首選帶血管蒂材料。在2014版的《中國神經(jīng)外科顱底內(nèi)鏡臨床應(yīng)用技術(shù)專家共識(shí)》中，也強(qiáng)烈推薦使用帶血管蒂組織瓣重建顱底，可以明顯減少術(shù)后腦脊液漏的發(fā)生率[14]。

表1 不同類型腦脊液漏顱底重建材料選擇

二、新型材料的運(yùn)用

盡管顱底修補(bǔ)的材料眾多，自體瓣尤其是帶蒂瓣的運(yùn)用是眾多修補(bǔ)材料中的首選，其組織融合性漢、無毒性、無免疫排斥、無需消毒，但是其取材大小、形狀，并且取瓣過程中容易導(dǎo)致周圍組織結(jié)構(gòu)被破壞以及增加手術(shù)時(shí)長(zhǎng)和復(fù)雜性。以最常用的鼻中隔帶蒂黏膜瓣為例，其供血?jiǎng)用}為來自蝶腭動(dòng)脈的分支后中隔動(dòng)脈，其運(yùn)用范圍從蝶鞍至額竇后床，且不可運(yùn)用于前篩修補(bǔ)以及兒童。除此之外，異體移植的修補(bǔ)材料比如豬的腸黏膜下層、牛心包膜雖嘗試運(yùn)用于人體顱底重建，但是其組織排斥性、可能帶來的感染以及不可吸收性大大限制了其運(yùn)用。

人工合成的材料分為人工合成聚合物和自然聚合物。人工合成聚合物包括聚乙二醇水凝膠(PGH)、聚乳酸(PLA)、聚ε-己內(nèi)酯(PCL)等。自然聚合物包括膠原蛋白、明膠、纖維蛋白原等。人工合成聚合物的力學(xué)性能更好，并且最后可以降解成無毒性的小分子，但是其運(yùn)用可能造成局部組織反應(yīng)、瘢痕過度增生以及出血等。自然聚合物膠原蛋白力學(xué)性能差，單獨(dú)使用容易造成腦脊液漏；海藻鹽水凝膠能迅速凝結(jié)，并且生物相容性好，但是其降解常常不可控。顱底重建的原則及目的是在顱內(nèi)外結(jié)構(gòu)間建立可靠的屏障，避免腦脊液漏及顱內(nèi)感染，其關(guān)鍵技術(shù)是硬膜修補(bǔ)[15]。因此，能發(fā)揮生物學(xué)功能，既有組織相容性，又能達(dá)到良好的力學(xué)性質(zhì)的硬膜修補(bǔ)、替代材料是近年來顱底重建材料研究的重點(diǎn)方向[12]。

Wang等[16]通過電紡絲的方法制造了多層顱底修補(bǔ)替代材料，即PLA-PCL-膠原蛋白納米纖維材料，其最內(nèi)層接觸腦組織層運(yùn)用的是PLA以減少與腦組織的黏附，進(jìn)而減少炎癥的產(chǎn)生，中間層運(yùn)用的是PLA與PCL復(fù)合材料，具有防水作用。最外層則是運(yùn)用的膠原蛋白，以提高細(xì)胞的黏附與增殖。通過可降解聚合物與膠原蛋白的運(yùn)用，即可以從內(nèi)層防止與腦組織的黏附，從外層促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)。

Medprin生物科技公司運(yùn)用仿生電紡技術(shù)研發(fā)了一種生物降解非紡織替代物，其組成成分主要為聚左旋乳酸(PLLA)纖維，為中空、互相連接的3D結(jié)構(gòu)材料。細(xì)胞可浸潤進(jìn)入這種材料并且逐步形成組織，最后逐漸被機(jī)體吸收。不僅如此，PLLA還有較強(qiáng)的組織相容性，能較少與腦組織的黏附。Shi等[17]將PLLA新型材料與兩種常用的傳統(tǒng)材料NormalGEN與SEAMDURA進(jìn)行了對(duì)比。NormalGEN是由戊二醛去抗原性的豬心包材料制作而成，SEAMDURA是左旋乳酸、己內(nèi)酯、聚乙醇酸的共聚物。研究發(fā)現(xiàn)，PLLA纖維的植入呈現(xiàn)出3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且與人體自身硬膜組織的胞外基質(zhì)環(huán)境極為相似，在其植入后的不同階段，浸潤的免疫細(xì)胞少，免疫反應(yīng)低，并且與腦組織無黏連，同時(shí)與傳統(tǒng)修補(bǔ)材料相比，其力學(xué)性能更好。Zenga等[18]研究證明了該材料在顱底重建運(yùn)用中的組織相容性、易塑形性與促進(jìn)硬膜快速重生的能力。

日本目前最常用的人工合成修補(bǔ)材料是Gore-Tex DM?，為樹脂片，該材料的運(yùn)用不能防止針尖大小孔徑的腦脊液漏，并且由于是外來異物，不能完全避免感染。同時(shí)，Terasaka等[19]研究還發(fā)現(xiàn)，在該材料與腦組織之間容易形成一層不明來源的結(jié)締組織膜，該研究組進(jìn)而發(fā)現(xiàn)由聚乙醇酸和纖維蛋白膠結(jié)合制造的一種膜結(jié)構(gòu)在臨床上的運(yùn)用。

除了眾多的人工合成新型材料，近年來，通過不同物種來源的異體移植材料或者將異體移植材料進(jìn)行特定改進(jìn)處理降低其排斥性后運(yùn)用于臨床，均起到了較好的效果。意大利Bioteck開發(fā)了一種馬心包來源的材料(Heart?)，有研究組在入組的8例病人中運(yùn)用了該材料，結(jié)果表明其無腦脊液漏、出血、排斥性[20]。有學(xué)者則進(jìn)一步運(yùn)用了豬無細(xì)胞真皮基質(zhì)材料(StratticeTM)替代腦膜，這種材料并未出現(xiàn)強(qiáng)烈的免疫、炎癥反應(yīng)，不僅如此，StratticeTM還具有抗金黃色葡萄球菌及釀膿葡萄球菌的作用。

近年來，3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展也給神經(jīng)外科手術(shù)帶來革新，越來越多的神經(jīng)外科中心將3D打印技術(shù)運(yùn)用于神經(jīng)外科的術(shù)前評(píng)估、手術(shù)方案確定、手術(shù)訓(xùn)練以及術(shù)中材料的打印[21]。Ahmed等[22]報(bào)道了一例利用3D打印技術(shù)輔助的顱中窩病變切除，術(shù)前利用3D打印技術(shù)打印了病人顱骨等病變情況，并據(jù)此制定了手術(shù)方案，同時(shí)利用所打印模型，根據(jù)病變大小、形狀在術(shù)前修建了一種硅橡膠薄膜，更為貼合、方便、快捷地運(yùn)用于術(shù)中。Choi等[23]則根據(jù)病人病變?nèi)睋p更早運(yùn)用3D打印技術(shù)打印了鈦植入物進(jìn)行顱底重建，術(shù)中植入成功，術(shù)后病人恢復(fù)較好。

可靠、持久的顱底重建是減少顱底手術(shù)并發(fā)癥的重要保證。顱底重建的方法及材料眾多，其材料可分為自體和異體來源兩大類。自體組織，尤其是帶血管蒂的組織瓣的取材更為經(jīng)濟(jì)、組織相容性更好、免疫炎癥反應(yīng)更小，但是其組織來源有限、能運(yùn)用區(qū)域有限、塑形困難、造成供區(qū)并發(fā)癥等缺點(diǎn)。因此，異體來源的組織在顱底重建中起到了良好的補(bǔ)充。但是，異體材料不可避免帶來了組織排斥、出血等缺點(diǎn)。在前文，我們著重介紹了PLA-PCL-膠原蛋白納米纖維材料、PLLA材料以及結(jié)合3D打印技術(shù)的材料，這些材料較傳統(tǒng)材料在力學(xué)、生物學(xué)上都有了十足的優(yōu)勢(shì)，但是均缺乏廣泛的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)。

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2017-08-25)

(本文編輯：楊澤平)

10.3969/j.issn.1005-6483.2017.09.005

400037 重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)附屬新橋醫(yī)院神經(jīng)外科