張郭 周牧冉 陳佳龍 汪振星 孫家明

【提要】 乳房再造擁有巨大的臨床需求，組織工程乳房再造具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)乳房組織工程的概念是將患者自體干細(xì)胞植入支架，構(gòu)建細(xì)胞-支架復(fù)合物移植體內(nèi)進(jìn)行乳房再造。然而，組織工程乳房再造的臨床可行性因其成本、技術(shù)條件而受到限制。本文對(duì)組織工程乳房再造的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并展望其臨床轉(zhuǎn)化前景。

乳腺癌是威脅女性生命健康的最常見(jiàn)惡性腫瘤[1]。診斷及治療手段的發(fā)展，使其生存率愈來(lái)愈高，僅2018年全球預(yù)計(jì)就有超過(guò)140萬(wàn)乳腺癌患者得到治愈[1]。然而，腫瘤的治愈并不是終點(diǎn)，因乳腺癌根治或預(yù)防性乳房切除導(dǎo)致的乳房缺失，不僅給患者帶來(lái)形體問(wèn)題，更會(huì)引起患者焦慮、抑郁等一系列心理問(wèn)題[2]。乳房再造有助于恢復(fù)患者的形態(tài)美和身心健康[3]，乳房再造具有很重要的臨床意義和社會(huì)意義。

1 傳統(tǒng)乳房再造手段

1.1 假體植入

假體植入仍是乳房再造手術(shù)和隆胸最常用的方法[4]。這些假體在美學(xué)效果方面為許多女性提供了令人滿意的結(jié)果，但也帶來(lái)了固有的中長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。

時(shí)至今日，硅膠假體的局部并發(fā)癥和二次手術(shù)的發(fā)生率仍然很高。最常見(jiàn)的并發(fā)癥為包膜攣縮，是由于人體對(duì)假體的慢性異物排斥反應(yīng)而導(dǎo)致的瘢痕形成、疼痛及畸形。在美國(guó)，隆胸及乳房再造手術(shù)中假體植入物包膜攣縮的5年發(fā)生率高達(dá)14%，其他并發(fā)癥包括假體破裂、感染乃至間變性大細(xì)胞淋巴瘤等[4]。對(duì)于需要術(shù)后放療的患者，通常不推薦植入假體進(jìn)行乳房再造[5]。

1.2 自體皮瓣移植

相比較而言，自體皮瓣轉(zhuǎn)移能充分利用患者自身的組織，從而再造一個(gè)具有良好外觀和正常感覺(jué)的乳房[6]。乳房再造可選擇背闊肌皮瓣、橫行腹直肌肌皮瓣等，亦可通過(guò)顯微外科技術(shù)，利用腹壁下動(dòng)脈穿支游離皮瓣進(jìn)行乳房重建，從而減少供區(qū)損傷。皮瓣轉(zhuǎn)移具有并發(fā)癥較少、手感接近正常乳房等優(yōu)點(diǎn)，但相應(yīng)地需要更精細(xì)的手術(shù)技巧、更長(zhǎng)的手術(shù)時(shí)間和更高昂的醫(yī)療費(fèi)用。

1.3 自體脂肪填充

自Coleman等[7]和Spear等[8]改進(jìn)抽脂和脂肪移植技術(shù)以來(lái)，脂肪移植的設(shè)備和流程越來(lái)越規(guī)范。2008年，Yoshimura等[9]介紹了細(xì)胞輔助脂肪移植(Cell-assisted lipotransfer，CAL)，ASPS也在2009年開(kāi)始推薦使用脂肪移植技術(shù)[10]。與其他手術(shù)方法相比，自體脂肪填充不僅價(jià)廉、簡(jiǎn)單，而且相對(duì)無(wú)創(chuàng)。自體脂肪填充目前主要用于乳房輪廓異常及小乳癥的整形。但Coleman等[11]的研究表明，通過(guò)多次填充，可以保留形成大量的脂肪組織。

自體脂肪填充的一個(gè)技術(shù)限制是移植后會(huì)造成約30%的體積損失[12]，而多次反復(fù)移植會(huì)降低患者的依從性。如何增加受區(qū)間隙體積，填充后的脂肪如何獲得較好的力學(xué)支持和血供，是目前亟待解決的難點(diǎn)。

2 乳房再造的替代方法——再生醫(yī)學(xué)與組織工程

組織工程技術(shù)使得傳統(tǒng)的缺損修復(fù)理念發(fā)生重大變革。通過(guò)將干細(xì)胞與生長(zhǎng)因子結(jié)合，種植于生物材料制作的支架上，體外培養(yǎng)后再植入體內(nèi)，有望實(shí)現(xiàn)組織器官的修復(fù)/替代。利用組織工程技術(shù)進(jìn)行乳房再造，可以同時(shí)避免硅膠假體造成的異物反應(yīng)以及自體皮瓣帶來(lái)的供區(qū)損傷，再造的乳房在形態(tài)學(xué)和組織學(xué)上與天然乳房高度相仿，理論上是一種更優(yōu)的選擇。

2.1 支架材料

乳房組織工程支架可按材料的來(lái)源分為天然材料支架或合成材料支架，也可按結(jié)構(gòu)形態(tài)分為固體支架或水凝膠支架。任何用于乳房再生的組織工程支架必須具備以下要素：生物相容可降解、低免疫原性、多孔隙和良好的力學(xué)強(qiáng)度，以支撐乳房原生形狀的同時(shí)維持種子細(xì)胞的生長(zhǎng)。此外，還需避免對(duì)早期腫瘤的影像診斷造成干擾。為了使患者更容易接受，生物材料應(yīng)具有與正常乳房相似的機(jī)械強(qiáng)度。下表顯示了與乳房組織成分相比，常用支架材料的機(jī)械特性(表1)[4]。

表1 乳房主要成分和組織工程支架常用生物材料的力學(xué)性能

2.1.1天然支架材料

天然支架材料主要包括膠原蛋白、纖維蛋白、透明質(zhì)酸和殼聚糖等。膠原蛋白是一種天然的生物高分子聚合物，存在于動(dòng)物結(jié)締組織中。已有研究將ADSC種植于海綿狀膠原蛋白支架，植入體內(nèi)后成功分化為成熟脂肪細(xì)胞[14]。纖維蛋白膠是一種由天然血液成分構(gòu)成的水凝膠，已被美國(guó)FDA批準(zhǔn)使用，但成本較高昂[15]。另一類商用的支架材料是模擬細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的水凝膠，如基質(zhì)膠(商品名Matrigel)和肌凝膠(商品名Myogel)，兩種材料均展現(xiàn)出了良好的生物相容性[[16-17]。透明質(zhì)酸作為細(xì)胞外基質(zhì)的一種成分，可通過(guò)交聯(lián)合成和改性后作為細(xì)胞載體運(yùn)用于組織工程中。研究發(fā)現(xiàn)，透明質(zhì)酸能夠作為載體傳遞運(yùn)輸脂肪前體細(xì)胞以誘導(dǎo)脂肪形成[18]，但應(yīng)用于乳房重建的安全性仍存在爭(zhēng)議[19]。然而，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，水凝膠仍難以塑造理想的體積、形狀和結(jié)構(gòu)，而用于重建整個(gè)乳房。

2.1.2脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)

最近的突破性進(jìn)展則是直接使用人或豬的脂肪組織脫細(xì)胞基質(zhì)作為乳房組織工程的支架材料。細(xì)胞外基質(zhì)是由大分子構(gòu)成的錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，為細(xì)胞的生存及活動(dòng)提供適宜的場(chǎng)所，并通過(guò)信號(hào)傳遞影響細(xì)胞的形狀、代謝、功能、遷移、增殖和分化，為細(xì)胞的附著和生長(zhǎng)提供機(jī)械和營(yíng)養(yǎng)支持。異源脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)作為生物支架材料，通過(guò)脫細(xì)胞等一系列流程，在去除引發(fā)免疫應(yīng)答的細(xì)胞抗原成分的同時(shí)，保留了關(guān)鍵細(xì)胞外基質(zhì)成分，具有良好的力學(xué)性質(zhì)和生物組織相容性[20]。脫細(xì)胞基質(zhì)為脂肪組織的生長(zhǎng)提供了有利的微環(huán)境，使得ADSCs能夠招募宿主細(xì)胞，生成血管和脂肪[21]。脫細(xì)胞基質(zhì)產(chǎn)物也可以制作生產(chǎn)成用于細(xì)胞載裝、生長(zhǎng)的水凝膠。Pati等[22]利用豬及人的脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)制成載有ADSCs的生物3D打印墨水，并成功誘導(dǎo)了成脂分化。Cheung等[23]則利用光交聯(lián)技術(shù)，將殼聚糖、硫酸軟骨素和脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)制備為水凝膠形式的ADSCs載體。研究發(fā)現(xiàn)，局部生物力學(xué)和化學(xué)環(huán)境對(duì)脂肪生成至關(guān)重要，脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)水凝膠與天然脂肪組織的硬度相似，導(dǎo)致脂肪生長(zhǎng)因子的上調(diào)[24]。Wang等[25]通過(guò)將ADSCs種植于人體脫細(xì)胞外基質(zhì)后，移植到大鼠皮下并成功培養(yǎng)出體積可觀的脂肪組織。

2.1.3人工合成材料

3D打印的興起和發(fā)展，對(duì)于將可降解的、生物相容性良好的高分子材料制備具有個(gè)性化設(shè)計(jì)的宏觀或微觀結(jié)構(gòu)的組織工程支架起到了推動(dòng)作用。聚乙交酯(Polyglycolic acid，PGA)、聚乳酸(Polylactic acid，PLA)、聚乙丙交酯[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]和聚己內(nèi)酯(Polycaprolactone，PCL)等，近年來(lái)在組織工程研究中得到了廣泛應(yīng)用[26]，均屬于脂肪族聚酯家族，將其通過(guò)3D打印可以產(chǎn)生特定形狀結(jié)構(gòu)的組織工程支架，具有良好的生物可降解性。PGA、PLA及其共聚物的降解時(shí)間為6～18個(gè)月[27]，降解時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的乳酸，造成局部酸性環(huán)境，可能對(duì)周?chē)＝M織產(chǎn)生不利的影響。PCL降解時(shí)間超過(guò)2年，不會(huì)造成酸性物質(zhì)堆積，為再生組織的形狀重塑提供理想結(jié)構(gòu)支撐的同時(shí)，不對(duì)周?chē)M織產(chǎn)生不良影響[27]。

2.2 乳房組織工程策略

2.2.1傳統(tǒng)組織工程策略

自從Langer、Vacanti和Atala等[28]在1994年首次提出乳房組織工程的概念以來(lái)，全球只有少數(shù)幾個(gè)研究小組探索乳房組織工程技術(shù)。過(guò)去的10年內(nèi)，乳房組織工程通常都是基于脂肪組織的再生。目前已發(fā)表的研究主要為兩種方法：①分離和培養(yǎng)脂肪前體細(xì)胞后植入支架；②使用組織生長(zhǎng)因子招募組織常駐脂肪前體細(xì)胞。Patrick[29]認(rèn)為上述傳統(tǒng)組織工程策略難以上升到臨床轉(zhuǎn)化的高度。

從材料學(xué)角度出發(fā)，普遍認(rèn)同對(duì)組織工程支架材料進(jìn)行混合與加工改性的研究策略(表2)。此外，也有嘗試?yán)蒙锓磻?yīng)器來(lái)促進(jìn)脂肪生成[30]。Wittman等[15]創(chuàng)造性地將提取的SVF與纖維蛋白凝膠混合后，注射于小鼠模型中，成功培養(yǎng)出脂肪組織。

表2 材料改性策略

從臨床轉(zhuǎn)化角度來(lái)講，迄今為止構(gòu)建大體積脂肪組織的研究屈指可數(shù)，僅有一項(xiàng)關(guān)于乳房組織工程的人體試驗(yàn)取得了很小的進(jìn)展[36，38-40]。

促進(jìn)組織工程乳房的血管化是另一個(gè)重要研究方向。盡管許多研究致力于構(gòu)建血管化脂肪結(jié)構(gòu)，但僅限于小體積的脂肪組織[31-35，37]，與已用于臨床的乳房商用假體的體積相比，仍存在很大的不足。為了促進(jìn)TEC血管化，有研究提出了顯微外科動(dòng)靜脈袢吻合(Arteriovenous loop，AV-loop)的概念[41]。Morrison等[40]將該技術(shù)與組織工程室的概念結(jié)合，成功構(gòu)建出大體積脂肪組織，并在2017年開(kāi)展了概念性人體實(shí)驗(yàn)[39]，但在5例單側(cè)乳房切除患者中，最終僅有1位患者乳房實(shí)現(xiàn)脂肪組織的再生。較厚的纖維包膜阻礙了脂肪組織的再生。此外，該實(shí)驗(yàn)需要二次手術(shù)來(lái)摘除塑料腔室，研制可降解的組織工程室將有望解決這些問(wèn)題。

2.2.2組織工程乳房臨床轉(zhuǎn)化——與脂肪填充相結(jié)合

自體脂肪填充的核心問(wèn)題是由于乳房?jī)?nèi)部的空間限制和缺乏血管供應(yīng)而導(dǎo)致的體積損失。Khouri等[12]提倡使用Brava技術(shù)(Brava-assisted megavolume fat grafting)，一個(gè)以真空為基礎(chǔ)的外部軟組織擴(kuò)張系統(tǒng)，以輔助脂肪填充。該技術(shù)創(chuàng)造了促進(jìn)脂肪存活生長(zhǎng)的空間和微環(huán)境，與組織工程的理念不謀而合。Brava技術(shù)雖然具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)需住院、療效確切的優(yōu)點(diǎn)，但漫長(zhǎng)反復(fù)的療程會(huì)降低患者的依從性[42]。另外，脂肪的吸收率在乳房的特定解剖區(qū)域是不同的，脂肪填充的最終效果也變得難以預(yù)測(cè)。

傳統(tǒng)乳房(脂肪)組織工程研究因種子細(xì)胞的生物安全性問(wèn)題而難以實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化。自體脂肪填充在整形外科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，安全性和有效性確切，用自體脂肪來(lái)提供組織工程乳房的種子細(xì)胞更有望實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化[43]。Chhaya等[36，38]提出通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，植入患者個(gè)性化定制的生物材料支架，在自體脂肪填充前先將支架預(yù)血管化。他們通過(guò)大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該方法新生大體積脂肪組織的可能性。但該實(shí)驗(yàn)使用的PCL支架的機(jī)械強(qiáng)度相較于乳房組織仍然過(guò)高[44]。有研究證明，通過(guò)改變支架內(nèi)部單元結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)支架的機(jī)械性能[45]。如何構(gòu)建出模擬天然手感與較好機(jī)械性能兼具的的支架仍期待材料科學(xué)的研究進(jìn)展。

3 展望與結(jié)論

目前，組織工程乳房再造仍側(cè)重于脂肪再生，目的是重建乳房的美學(xué)形態(tài)，難以恢復(fù)女性乳房的生理功能。乳腺再生被發(fā)現(xiàn)主要與乳腺上皮成分有關(guān)[46-48]，研究發(fā)現(xiàn)在乳腺上皮細(xì)胞的刺激下，ADSCs可以分化為腺泡樣、類乳腺結(jié)構(gòu)[49-50]，為乳腺再生提供了新的思路。另外，乳腺、乳頭乳暈復(fù)合體(NAC)的再造，因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與生理功能，變得極富挑戰(zhàn)性。也有不少研究者嘗試用組織工程技術(shù)重建NAC。早在1998年，Cao等[51]在豬模型上，將自體耳廓軟骨細(xì)胞注射于溫敏聚合物凝膠支架中，成功重建乳頭狀組織，并在注射部位使用環(huán)狀縫合，以改善重建乳頭的形狀輪廓。Pashos等[52]利用脫細(xì)胞技術(shù)處理獼猴的NAC以獲得完整的NAC支架，期望用于組織工程N(yùn)AC再造，其中仍有許多難關(guān)需要攻克。除了乳腺癌術(shù)后乳房再造外，如波蘭氏綜合征、結(jié)節(jié)性乳房畸形等先天性疾病，因創(chuàng)傷、手術(shù)并發(fā)癥及嚴(yán)重包膜攣縮等造成的乳房畸形也可利用組織工程技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。技術(shù)上的革新，如支架的表面修飾技術(shù)[53-54]、立體光刻(Stereolithography，SLA)[55]和計(jì)算軸向光刻(Computed axial lithography，CLA)[56]等新型增材制造技術(shù)，也有望在未來(lái)解決組織工程乳房構(gòu)建面臨的各種問(wèn)題。未來(lái)有必要進(jìn)行更多的臨床前研究，以實(shí)現(xiàn)大體積組織工程乳房的穩(wěn)定構(gòu)建，為進(jìn)一步臨床轉(zhuǎn)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。