组织工程皮肤的分类及临床应用

目前尚无统一的组织工程皮肤分类方法。Balasubramani和Pramod Kumar曾先后简单地将包括生物敷料和组织工程皮肤在内的皮肤替代物（skin substitute）分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类。本书从皮肤解剖的角度和人工皮肤发挥的主要替代作用来分类。

一、表皮替代物

表皮替代物也称培养的角质形成细胞膜片。1988年，美国Genzyme组织修复公司用Rheinwald和Green的KC培养技术，制备了源于患者皮肤活检的自体角质形成细胞膜片出售，名为Epicel。另一种源于患者毛囊外根鞘细胞的自体表皮等同物被命名为EpiDex，已成功治愈慢性小腿溃疡，在欧洲已商品化，由瑞士Modex Therapeutiques生产，其优势在于获得自体表皮细胞的创伤小（通过拔毛获得），不管患者年龄大小，外根鞘细胞的增生能力较好。

另外，培养的异体KC因其可及时应用和供应不受限制等优点，已成功用于临床治疗烧伤和局部皮肤缺损，如慢性小腿溃疡等。但关于移植培养异体KC的存活问题，目前学者们的意见分歧很大。现在，一般认为培养的异体KC是通过刺激浅创面残余的或小创面边缘的自体KC迁移和增生来促进创面愈合的，为暂时性创面覆盖物，最终将被自体KC所替代；异体KC膜片作为一种昂贵的生物敷料，其临床应用价值已不大。

为了克服KC膜片的脆弱性及移植前用分离酶处理造成的活力降低、基底膜蛋白成分丢失等缺陷，学者们用吸水敷料Hydro－Derm、透明质酸膜、Ⅳ型胶原膜、牛Ⅰ型胶原膜等做基质载体培养和转移KC。该技术可移植生长旺盛的KC，克服了传统的KC移植缺陷并简化了操作过程。

为了改进KC膜片的移植效果，人们还尝试了KC膜片与去除表皮的尸体真皮或异体无细胞真皮基质进行复合移植，并取得了一定的成功。但多数学者认为，这种组合不是理想的永久性皮肤替代物。去表皮的异体真皮虽可立即应用的优点，但来源有限，还可能发生针对真皮同种移植物中上皮成分的免疫反应，同时存在传播感染（细菌及艾滋病、肝炎等病毒）的潜在风险。

另一种技术是将培养的自体KC悬液单独或与纤维蛋白混合喷射到创面，如Cell－Spray产品。

二、真皮替代物

真皮层的有无和种类是影响组织工程皮肤愈合质量和功能的重要因素之一，因此，组织工程真皮的研究一直是皮肤组织工程学的主要任务之一。目前，组织工程真皮替代物的主要类型有无细胞真皮基质、胶原海绵膜、合成真皮基质等。

（一）无细胞真皮基质

也称去表皮的死真皮，是全厚皮肤（多源于尸体）经处理去除表皮和真皮细胞的真皮基质，有正常的胶原及结构，有完整的基底膜复合体，抗原性小，移植成功率高。最知名的产品为AlloDerm，由美国得克萨斯LifeCell公司生产。国内有桀亚莱福生物技术有限责任公司生产的人脱细胞真皮和北京清源伟业生物组织工程科技有限公司生产的人脱细胞真皮组织膜片两种产品。

（二）生物合成真皮替代物

1．Dermagraft－TC（Transcyte） 是把新生儿Fb培养在Biobrane合成敷料（为合成的双层创面敷料，外层为硅橡胶膜，内层为尼龙纤维网，网孔中充满经化学交联的胶原）的尼龙网中，待Fb分泌足够的胶原细胞外基质和生长因子后，冻干备用。临床应用表明，其效果优于或等同于异体皮。1996年，已获美国FDA批准用于临床。Dermagraft－TC为不可降解性的合成复合膜，在人体烧伤创面中起暂时性创面覆盖物的作用。

2．Dermagraft 是由新生儿Fb种植在可降解的聚乳酸纤维网上组成。已获美国FDA批准用于临床（图1－2）。

图1－2 Dermagraf产品

图片来自http：／／www．Dermagraft．com

上述两种产品由美国Advanced Tissue Sciences公司与英国Smith＆Nephew（施乐辉）公司共同开发，目前Transcyte属于英国Simth＆Nephew公司，Dermagraft卖给了ABH公司（Advanced BioHealing，Inc．）。

3．无细胞胶原海绵

（1）Integra：Burke和Yannas等首创，以前称为artificial skin，现由美国Integra Life Sciences公司制造。由戊二醛交联牛Ⅰ型胶原与鲨鱼6－硫酸软骨素构成“真皮”，“表皮”为硅橡胶薄膜。1996年已获美国FDA批准用于临床。Integra是异种来源的永久性真皮替代物。Lorenz等已成功用于治疗大面积的三度烧伤。

（2）Pelanac：日本GUNZE公司开发的一种双层人工真皮，由猪皮肤Ⅰ型胶原海绵内层和硅橡胶外层组成，厚约3mm，孔径62～110μm。

（3）韩国发明了一种由明胶和藻酸盐经化学交联组成的可生物降解的人真皮替代物，交联率高，吸水性能好、体外抗胶原酶消化时间达3d，并可缓释携带的磺胺嘧啶银或硫酸庆大霉素。动物实验表明其创面愈合效果相当好。另一类似的产品由明胶和透明质酸钠经化学交联而成，尚无临床应用报道。

三、双层活皮肤替代物

文献中也称复合皮肤移植物（composite grafts）、活皮肤等同物（living skin equivalent），具有含活细胞的表皮和真皮结构，可以一次手术重建皮肤。

（一）胶原凝胶皮肤替代物

美国Organogenesis公司生产的Apligraf，以前称为Graftskin，是体外培养的同种异体重组皮肤。由KC接种于含Fb的Ⅰ型牛胶原上组成，KC和Fb来源于新生儿包皮并经2～3代传代培养。临床上可有效治疗各种顽固的慢性皮肤溃疡。目前，已获美国FDA的临床许可。该产品曾一度转让给瑞士诺华公司（图1－3）。

我们在Apligraf的基础上进一步改进，研制出了复方壳多糖组织工程皮肤替代物，具有良好的物理特性，可任意剪切、缝合，具有较强的抑菌能力，增强了抵抗创面胶原酶消化的功能。

（二）有细胞胶原海绵的皮肤替代物

图1－3 Apligra产品

图片来自http：／／www．Apligraf．com

由人KC取代Integra的硅膜并在胶原－糖胺聚糖基质中植入人Fb组成。Boyce等已把这种体外重组的皮肤替代物成功移植到烧伤患者中。该皮肤替代物能以极好的皮肤完整性在小面积烧伤创面早期建立真表皮连接，并再生出结缔组织，移植成功率约为42%。该体外重组皮肤具有可立即移植、不需随后的皮肤移植、易于操作等优点。除具有无细胞胶原海绵重组皮肤的缺点外，还有不能大量生产和需要大量细胞等缺点，且尚无商品化产品出售。

还有一类由壳多糖交联的有细胞胶原海绵的皮肤替代物。Shahabeddin等的重组皮肤由两部分组成：①真皮替代物由包皮Fb植入以壳多糖交联，含Ⅰ型和Ⅲ型胶原及糖胺聚糖的多孔真皮基质组成；②正常人KC种植在真皮替代物上重建出表皮。该重组皮肤在形态学上与正常皮肤相似，有弹性纤维网形成，是第一种可检测到弹性纤维的组织工程皮肤，已被用于治疗严重烧伤、慢性溃疡，并用于细胞－细胞和细胞－基质相互作用的基础研究，以及替代动物实验用作药理测试模型。Augustin等在重组皮肤替代物中加入牛奶生物肽，发现能增厚表皮，促进新的细胞外基质合成，并可显著地激活透明质酸和硫酸化糖胺聚糖的合成。在欧洲，该皮肤替代物已被广泛用于化妆品上市前的毒理测试。

（三）OrCel

美国Ortec公司生产，在双层牛胶原基质（上层为无孔的牛胶原凝胶，下层为交联的牛胶原多孔海绵）的两面分别接种KC和Fb而获得。有修复隐性营养不良性大疱性表皮松解症患者手指等部位及屈侧挛缩的并指畸形的报道。已获FAD批准。

（四）培养的皮肤替代物

培养的皮肤替代物（Cultured skin substitute，CSS）是美国辛辛那提大学Shriners医院制造的以可降解牛胶原－糖胺聚糖海绵基质为支架，接种从患者活检皮肤培养来的自体KC和Fb的双层皮肤替代物。日本也有类似的研究和应用。

（五）EpiDerm－FT200

MatTek公司产品，大小约1cm×1cm，在欧洲已批准用于化妆品、居家产品、药物、石化产品的皮肤体外毒理学、刺激性测试。由含正常人真皮Fb的胶原基质和有序排列的表皮构成（包括基底层、棘层、颗粒层和角质层结构）。

四、其他组织工程皮肤

（一）激光皮肤

由意大利Fidia Advanced Biopolymers有限公司制造的一种薄而透明的100%酯化苯甲基透明质酸膜，有激光打出的整齐排列微孔，便于细胞长入、创面引流等，商品名HYAFF1。用于支持和培养KC，可保留基底膜蛋白质，并减少准备时间、完全消除培养角质形成细胞膜片的收缩问题。激光打孔皮肤（LaserskinTM），是在HYAFF1上接种KC构成。Hyalograft－3DTM由多孔酯化透明质酸膜及其下的硅橡胶膜组成，在多孔酯化透明质酸膜接种Fb构成真皮替代物。两者结合用于治疗糖尿病性溃疡，支持基底膜快速形成。Lam等先在HYAFF1的一面接种Fb，培养10d后翻转，在另一面也接种Fb，亚融合时在其上接种KC。4～6d后移植到创面，动物实验和临床初步研究表明，该型人工皮肤有良好的耐受性、生物相容性，KC生长效率高、移植接受率高和感染率低，是一种良好的人皮肤替代物。

（二）细胞分选皮肤等同物

细胞分选皮肤等同物（cell sorted skin equivalent）通过在体构建方式制造。Wang等根据KC和Fb固有的细胞分选机制，通过体内构建方式重建有真表皮连接的全厚人皮肤。他们将同时含2种细胞的细胞悬液加到植入严重联合免疫缺陷鼠（SCID鼠）背部的硅室里，2周内重建出可明确分辨真皮和分层表皮的皮肤等同物。其人细胞标志物的免疫组化染色与正常全厚皮肤相似。与角质形成细胞膜片和死真皮组成的复合皮比较，细胞分选皮肤等同物的基底细胞有更多的角蛋白中间丝与半桥粒相连，真皮面有更多的胶原细丝及锚原纤维与致密板相连。因而移植于各种创面后表面稳定、不易起疱，是一种很有前景的组织工程皮肤。

（三）含毛囊组织工程皮肤

上述人工皮肤共同的显著缺陷是缺乏毛囊、神经、皮脂腺、汗腺和血管。由于毛囊在皮损愈合和经皮吸收中有着重要的作用，皮肤缺损的有毛愈合已成为研究的重点之一。1994年，Watson等用完整的羊触须毛乳头和胎鼠表皮片与羊成纤维细胞胶原凝胶构成人工皮肤，移植后重建出镜下可见的角化毛发的毛囊结构。1999年，Michel等设计了一种有完整毛囊皮脂腺单位的组织工程皮肤，它是由噬热菌蛋白酶分离的毛囊皮脂腺单位插入成纤维细胞纤维性膜（数个成层生长的成纤维细胞膜叠在一起构成真皮）中，和KC组成组织工程皮肤。

但这些并不是真正在组织工程皮肤中重建了毛囊。最近，带皮肤附属器的组织工程皮肤在动物实验中取得了突破。Gharzi等用鼠下段真皮鞘细胞、完整的毛乳头和外根鞘细胞构建胶原凝胶皮肤替代物，移植后产生了肉眼可见毛发，组织学见完整毛囊、皮脂腺等结构。我们采用毛囊的真皮鞘细胞、毛乳头细胞、外根鞘细胞在体外培养的条件下重建出了毛囊样结构，为研发带毛囊的组织工程皮肤产品提供了有力的实验依据。

（四）有血管样网络的组织工程皮肤

Black等在壳多糖交联的胶原－糖胺聚糖海绵支架中共培养KC、Fb和脐静脉内皮细胞，在体外构建了具有血管样网络的组织工程皮肤。Schechner等在胶原－纤维粘连蛋白凝胶中混入人脐静脉内皮细胞，移植到免疫缺陷鼠后，形成了人内皮细胞连接的复杂微血管网。研究者推测，这类组织工程皮肤可能可以促进移植后的成活，但还需要进一步的研究来证实。

（五）基因修饰的组织工程皮肤

这类组织工程皮肤是通过反转录病毒转基因技术将某个靶基因引入种子细胞中。用转基因技术构建的皮肤既有助于皮肤的重建，也可能在基因治疗中发挥作用。已报道的添加到皮肤种子细胞的基因有血小板源性生长因子－A、血管内皮生长因子等。基因修饰的组织工程皮肤目前还处于基础研究阶段，尚无实际应用报道。

五、组织工程皮肤的临床应用

1．用于治疗各种急慢性皮肤缺损　发展人工皮肤的目的主要是为了解决大面积皮肤缺损时的创面覆盖和皮肤重建问题，如上所述的Epicel、AlloDerm、Dermagraft、Apligraf、Integra等均已成功用于临床治疗烧伤、巨大肿瘤切除术后的皮肤重建、糖尿病性溃疡、小腿静脉性溃疡及其他溃疡性或糜烂性皮肤疾病等急慢性皮肤缺损。

2．用于治疗白癜风　培养的自体表皮除用于治疗烧伤外，还被用于治疗白癜风。

3．用作研究模型　上述方法所建立的人工皮肤模型，可作为疾病研究的模型。如胶原凝胶人工皮肤模型被广泛用于KC和Fb相互关系和银屑病发病机制、创伤愈合机制的研究。人工皮肤还被用于替代动物做毒理学测试。在所有人工皮肤中，以胶原凝胶活皮肤替代物的应用最为广泛，除用于治疗烧伤和慢性溃疡外，还可作为药理学、毒理学和生物力学等研究的工具，如经皮吸收和毒力评估的模型。

4．用作组织皮瓣　Tanaka等尝试用人工皮肤真皮Pelanac制作人工组织皮瓣，在豚鼠股动静脉间做动静脉瘘，以Pelanac将其包裹并埋在腹股沟皮下，纤维血管长入后，再生的组织即使在胶原发育不良的区域也可做岛状皮瓣培育，将全层皮肤移植物置于其上，可使其血管化，并可做蒂状皮瓣转移。

（朱堂友　伍津津）

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