皮肤是人体最大的器官,其对保护机体内环境的稳定,抵御外界环境的刺激和病原菌入侵起到重要的作用。由于各种原因常常导致皮肤缺损,缺损后自体很难恢复原有的形态和功能,为解决皮肤重构这个问题,人工皮肤成了组织工程研究领域的一个热点。人工皮肤是由活性的细胞接种到支架上形成的组织工程化皮肤,有真皮层或同时具有真皮层和表皮层。目前,国外人工皮肤的研究已取得了实质性进展,Ap-ligrafIntegra、Dermafen、Dermagraft、Alloderm、Lyphoderm等产品已被美国药品与食品管理局(FDA)批准上市,并被广泛用于临床皮肤缺损的治疗中,其他许多种产品还在研究中。
1几种主要的人工皮肤的制备
1.1Apligraf由Organogenesis公司生产,具有表皮层和真皮层双层结构,系采用异体成纤维细胞接种于牛胶原凝胶中形成细胞胶原凝胶,1周后接种角质形成细胞,浸没培养4d,角质形成细胞融合成片,然后进行气液界面培养1～2周即得。
1.2Dermagraft由AdvancedTissueSciences公司生产,是将新生儿包皮成纤维细胞种植于聚乳酸,聚羟基乙酸纤维网中,培养14～17d,成纤维细胞大量增殖并分泌胶原,纤维黏连蛋白,蛋白聚糖,生长因子等,形成由成纤维细胞,细胞外基质和可降解生物材料构成的人工真皮。
1.3Integra由IntegraLifeSciences生产,是由牛胶原、硫酸软骨素共价交联后形成一定空隙的海绵,再在其表面涂上一层薄层硅胶膜制成的一种人工真皮替代物,当移植创面后毛细血管及成纤维细胞可浸润生成形成新的真皮组织,2周后揭去硅胶层,再以极薄的自体皮片或培养的自体表皮细胞膜片覆盖。
1.4Alloderm由LifecellCorporation生产,为一种脱细胞的真皮组织,采用尸体皮或动物皮通过反复冻融去除细胞,使用之前再种上自体或异体角质细胞和成纤维细胞。
2人工皮肤在临床上的应用
2.1 皮肤溃疡的治疗
临床上皮肤溃疡包括糖尿病的溃疡、静脉性难治性溃疡、坏疽性脓皮病溃疡以及一些其他疾病导致的溃疡等,其治疗一直是一个令人头痛的问题,常规的治疗方法往往不能获得满意的效果,而采用人工皮肤治疗之后效果显著。在一项下肢静脉性溃疡的对照研究中,10例治疗组患者采用Dermagraft移植和加压治疗,8例对照组患者仅采用加压治疗,用计算机对溃疡面积进行测量和激光多普勒测移植皮肤的灌注。12周后观察,结果治疗组中5例(50%)痊愈,对照组中1例(25%)痊愈。治疗组总的溃疡愈合率明显高于对照组(P=0.)。两组治疗部位皮肤都有毛细血管的增加,但治疗组的灌注增加了20%,而对照组仅为4.9%。此实验说明人工皮肤(Dermagraft)有利于静脉性溃疡的治疗。
美国william等报道一项对非感染性神经性糖尿病足溃疡的随机、对照、多中心(35个)的研究,例患者被分成两组,应用人工皮肤Dermagraft的治疗组和采用传统治疗的对照组。除了人工皮肤的应用,两组都采用广泛外科清创,穿减压鞋,治疗期间允许步行。治疗12周后评估溃疡的愈合情况。结果治疗组的完全愈合率达30%,而对照组为18.3%(P=0.)。在溃疡病史大于6周的患者中,治愈率更是有明显的差别。治疗组中副作用明显减少。在糖尿病性溃疡还缺乏有效治疗方法的情况下,这是一种非常有用的治疗方法。
有报道人工皮肤Apligraf还用在大疱性硬斑病引起的溃疡,其溃疡难以愈合的原因与周围纤维组织形成即脂肪真皮硬化有关。当把Apligraf移植到清创过的溃疡面,结果3d后95%的表皮替代物贴在移植床上,8周后70%的伤口已有新生表皮,32%溃疡面得到治愈,疼痛明显减轻。
坏疽性脓皮病是一种少见的、损毁性、嗜中性皮肤病,这种感染性疾病的溃疡引起疼痛、坏死,溃疡迅速扩大,deImus等采用Apligraf治疗,不但避免了溃疡面扩大,而且加速了溃疡创面的再表皮化;结合免疫抑制剂(环孢菌素)治疗,促进了创面愈合,减轻了因溃疡快速扩大引起的疼痛,2周内溃疡面愈合了30%～40%,6周达到了%愈合。
2.2大疱性表皮松解症的治疗
许多皮肤病用传统的治疗方法不能起到很好的作用。但采用人工皮肤治疗后效果满意。David等报道,用Apligraf治疗了9例患有大疱性表皮松解症的儿童,其中3例为单纯型大疱性表皮松解症,1例为交界型,5例为隐性遗传性营养不良型。皮损处清除表皮和痂皮之后覆上有窗孔的Apligraf,所有治疗部位再加盖纱布敷料,避免触动1周。5～7d后观察,96个治疗部位90%～%的治愈,10～14d后,许多治愈部位皮肤与正常无异。手部及掌部皮损得到80%～90%改善。其中2例患儿的慢性贫血得到改善,所有患儿的疼痛均获改善。
2.3光化性紫癜的治疗
光化性紫癜又叫老年型紫癜。由于衰老、暴露部位长期日光照射,皮肤变薄松弛,皮肤和皮下组织萎缩,缺少弹性,小血管周围的支持性胶原组织变性而失去支持,轻微外伤可发生表皮裂口,表皮和真皮间血管容易破裂出血,产生紫癜。Banta等报道,对1例老年男性光化性紫癜患者的治疗。先去除前臂一块薄皮片,然后用有窗孔的Apligraf来替代移去的皮片。结果治疗部位临床症状得到改善,未出现撕脱、糜烂、溃疡等情况。
3烧伤的治疗
对于烧伤病人,尤其是大面积烧伤的病人,人工皮肤在其初期的抢救及后期的皮肤美容及功能修复上都取得了良好的临床效果。一个典型的个案报道,1例19岁全身76%的皮肤烧伤的男性病人,采用Integra覆盖63%的烧伤皮肤,待移植皮中完全血管化后,再把自体成纤维细胞和角质形成细胞培养出的表皮薄片覆盖在揭去硅胶原的Integra之上。经过1年的观察,人工皮肤起到了良好功能修复作用及美容效果。Croos等也报道Integra在烧伤儿童中的应用,在10例烧伤后瘢痕的儿童中。共有22个部位,平均每个部位移植面积为cm2,治疗中有5个移植部位发生Integra的感染及表皮移植失败,且Integra有一定的缩小。但总的治疗效果还令人满意。Integra可立即使用,来源丰富,操作简单可靠,以及其柔韧性和美容作用等这些优点,受到笔者的大力推崇。
4外伤及手术后皮肤缺损的治疗
许多皮肤病如瘢痕、巨痣、纹身、肿瘤等手术切除后及外伤导致的皮肤撕脱常常使直接的缝合很困难,需要通过移植自体正常皮肤或者软组织扩张方法来解决。人工皮肤治疗这类缺损,为患者提供了一个新的治疗选择。
在儿童的多内脏移植手术后基本的愈合很困难,再次的上皮愈合需要很长时间,并可能增加感染机会。Charles等把Dermagraft用于儿童多内脏移植术后的腹部皮肤缺损,并进行常规的伤口护理和观察,发现人工皮肤能刺激伤口的愈合,并加速上皮的再形成。人工皮肤还可以用来暂时修补脊髓脊膜突出,1例为孕29周出生的早产男婴患儿。行修补术后患儿生长良好,4个月后用其后背肌皮片再次重构。1例背部先天性巨型黑素瘤并考虑恶变的患者,手术切除后留下了巨大的皮肤缺损,术者采用了Integra人工皮肤覆盖在切除部位,之后再采取刃厚皮片移植,整个切口愈合良好。Kopp等报道,人工皮肤构建深及头骨的头皮缺损,在平均年龄为70岁的23例患者中,由于头皮的黑素瘤、鳞癌、血管肉瘤、基底细胞癌及脑纺锤体瘤等手术致头皮缺损,平均缺损面积为51cm2,采用胶原结构的替代物植入,仅有6例患者由于头皮微脓肿而延迟了愈合,其余患者都较快愈合。1例急性上肢撕脱伤的患者用Integra覆盖皮肤缺损区,22d之后,用刃厚皮片移植,经观察皮肤的功能及外观均恢复完美。
5整型术中的应用
尽管乳头内陷的修复方法很多,但每一项技术都有其不足之处,如技术复杂,术后感觉障碍,乳晕区及供皮区的瘢痕,乳房功能的毁坏及不能完全的修复。Yamada等利用人工真皮Dermagraft修复了2例未产妇女两侧内陷的乳头,没有复杂的手术,无需自体供皮,取得了很好的效果,无副作用。Culican等应用Apligraf修复了1例患有着色性干皮病6周男婴的双侧瘢痕性上睑外翻。Lee等报道了应用人工皮肤联合CO2激光治疗1例跖部痛性肥厚性瘢痕。用CO2激光切除瘢痕之后,术者把人工皮肤Apligraf覆盖缝合于创面。经1年多的跟踪随访,创口恢复良好。Taban等回顾性分析了用Alloderm进行下睑重构的11例患者,共行21只下睑成形术,其中16只获得成功,5只失败。
6新技术与组织工程技术的结合
人工皮肤在临床的应用过程中,人们正不断改进方法来减少其在治疗中的不足。如把Integra与纤维蛋白胶原联合治疗急慢性创伤,可以大大降低Integra的丢失率,缩短自体皮片的移植时间,并降低伴随的副作用。基因转染技术的进步,使修饰表皮细胞遗传基因成为可能,构建含自体表皮细胞和转染的异体细胞的皮肤替代物也是可能的,Jeschke等使用质粒载体作了IGF21基因转染的研究,得到较多层次的表皮,细胞增殖分化更加活跃,伤口愈合速度加快。结合基因转染技术一些遗传性皮肤疾病也能得到治疗,Gache等用逆转录病毒载体向自体角质细胞导入9千对碱基的VII型胶原的cDNA,诱导VII型胶原的产生,角质细胞再次接种到人工真皮治疗大疱性表皮松解症。Mhashilkar等采用去除角质细胞的免疫原性,称为主要组织相容性复合物/敲除(MHCknockout)技术,通过减弱或消除角质细胞MHC抗原,去除异体皮片异型抗原表达,培养的角质细胞联合敲除技术可为创面愈合提供低免疫原性的皮肤替代物,延长移植物存活时间甚至永久存活。
7展望
人工皮肤研究的最终目标是建立并生产出功能、外形与自体皮肤相同或相似的永久性皮肤替代物。尽管目前已有许多人工皮肤具有与正常皮肤相似的结构及屏障功能,应用于临床取得了一定疗效,但仍不具备完整的皮肤结构,也远非真正意义的皮肤功能重建,尤其是缺乏皮肤的附属器结构和不具备皮肤的免疫功能,随着生命科学、材料科学以及诸多相关科学的飞速发展和组织工程学研究的深入,构建含血管与神经支配、具有毛发、汗腺、皮脂腺等皮肤附属结构及正常皮肤生理功能的理想人工皮肤将是一项长期而艰巨的任务,并将具有巨大的社会和经济效益与广阔临床应用及研究前景。
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