胶原基人工真皮的临床应用进展

李啸;邱学文(综述);王甲汉(审校) 【期刊名称】《重庆医学》 【年(卷),期】2015(000)033 【总页数】4页(P4721-4723,4734)

【关键词】人工真皮;胶原;创面治疗;组织工程 【作 者】李啸;邱学文(综述);王甲汉(审校)

【作者单位】南方医科大学南方医院烧伤科，广州 510515;南方医科大学南方医院烧伤科，广州 510515;南方医科大学南方医院烧伤科，广州 510515 【正文语种】中 文 【中图分类】R318

各种外界因素和疾病引起的皮肤组织损伤是临床常见的一类创伤。自体组织移植修复创面是经典的外科疗法，其实施过程会对供区造成额外的损伤，且实施的可行性受到供区组织质与量的限制。因此，寻找一种理想的皮肤组织替代品一直是创伤医学关注的重点。

生理情况下的创伤愈合是一个复杂的、有多种相互作用的细胞及细胞因子参与的过程。愈合过程可人为地划分为三个阶段：(1)止血与炎性反应阶段；(2)多种细胞的迁移与增殖；(3)新生胶原基质的成熟与重塑。真皮层受到损伤后，需要通过成纤维细胞的迁移分化来重新合成胶原纤维，以此修复受损的组织，在修复过程中依损伤的大小而有不同程度的瘢痕形成。因此，若能提供一种可在创面的愈合过程中附

着于创面上的支架材料，以此诱导各种细胞的浸润生长、促进真皮组织的修复，则能够更有效地覆盖创面、改善愈合速度及质量。人工真皮是一种以支架材料作为主要成分、采用组织工程方法体外人工制备而来的工程化皮肤替代物。在移植到创面后，它能够允许自体细胞迁入并于其中生长分化，形成新生真皮样组织；同时支架材料自身逐渐降解吸收，最终为新生组织所取代。

胶原是哺乳动物体内含量最丰富的蛋白质，具有无毒、易吸收、生物相容性好、易加工等优点；同时也存在如降解速度快、机械强度低等缺点。实际应用中常采用物理及化学方法对胶原进行交联以提高机械强度，也可将胶原与其他材料相互复合对胶原进行改性。同时，胶原纤维作为真皮细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的主要成分，是皮肤物理性质以及真皮生理功能的主要来源，对创面愈合过程中的细胞活动、细胞因子分泌等环节有重要的调控作用。因此，胶原材料广泛用于人工真皮的制作。本文对胶原基人工皮肤的临床应用进展作一回顾。

20世纪80年代由Integra LifeSciences公司开发的Integra®是第一种应用于临床的人工真皮，也是胶原基人工真皮的典型代表。它由牛肌腱中提取的Ⅰ型胶原与6-硫酸软骨素交联而成，表面覆以硅胶膜作为临时的表皮替代物并起隔离作用。以Integra®为代表的此类产品的使用方法是基本一致的：创面清创后移植人工真皮并稳妥固定，待2～4周支架材料被浸润生长的各种细胞充分填充(血管化)后，移除外侧硅胶膜并行二次手术移植刃厚皮片(split-thickness skin grafts,STSG)或培养的自体表皮细胞膜片(cultured epidermal autografts,CEAs)。Integra®推出后，即用于烧伤患者的治疗，相对于直接移植自体组织或CEAs，Integra®不仅简化了治疗流程、也减少了供区损伤，新生组织外观及性能均好于既往治疗方法。回顾性研究显示Integra®可在创面上稳定存在，有利于细胞的浸润生长、易于血管化，在治疗大面积烧伤创面有着明显的优势，同时在治疗增生性瘢痕方面也有显著的效果。自Integra®之后，又有多种类型的胶原基人工真皮问世。文献报告中

常见的有：Matriderm®(牛真皮提取的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原与弹性蛋白聚合的网状支架)、Pelnac®(附有硅胶膜的猪源去端肽胶原海绵)、Terudermis®(附有硅胶膜的牛源去端肽胶原海绵)、AlloDerm®(人脱细胞真皮基质)、Apligraf®(植入新生儿成纤维细胞与角质形成细胞的牛Ⅰ型胶原海绵支架)。这些胶原基人工真皮，在大面积烧伤创面的个案报道和多病例的回顾研究中，显示出了在初期的抢救、后期外形修整及功能康复上的良好临床效果。

1.1 对各种类型皮肤缺损创面的治疗 人工真皮的最初设计目的就是为了解决烧伤患者大面积皮肤缺损的治疗与自体组织供区相对不足之间的矛盾，在投入临床使用后已获得了满意效果。在后续的发展过程中，临床工作者尝试将人工真皮应用于其他类型皮肤缺损创面的治疗，取得了一定的成果。

1.1.1 皮肤溃疡的治疗 临床常见的皮肤溃疡包括糖尿病溃疡、静脉性溃疡、坏疽性脓皮病溃疡等。因其通常合并局部血管病变致病程慢性化，常规的治疗方法往往不能获得满意的效果，而采用人工真皮治疗之后效果显著。Canonico等[1]回顾了对26例因血管病变引起的大面积慢性下肢溃疡患者使用Integra®的治疗情况，在清创并移植人工真皮后，患者的主观感受即有明显改善；治疗后4周内所有患者创面均获愈合，随访1年无人复发，证明应用人工真皮是有效治疗静脉性溃疡的方法。与结缔组织病相关的皮肤溃疡在保守治疗下难于愈合，因其通常合并局部慢性炎症及感染、致局部血管病变循环障碍，愈合后也有较高的复发可能性。在Matsuda等[2]的病例报告中，一名女性因患皮肌炎相关性皮肤溃疡，保守治疗2个月无效，经清创后移植Terudermis®并于14 d后行二次手术治愈溃疡，术后6月随访无复发。Jones等[3]于2013年进行的一项综合了17个随机对照研究的系统评价结果显示：使用组织工程皮肤可有效提升静脉性溃疡的治愈率，可作为常规外科治疗法难于实施时的备选方法。

1.1.2 创伤及手术后皮肤缺损的治疗 瘢痕、巨痣、纹身、肿瘤等病变在手术切除后

及创伤造成的皮肤撕脱通常会造成难于直接拉拢缝合的大创面，通常需要通过自体皮肤移植或者软组织扩张方法来治疗。移植人工真皮为治疗这类缺损提供了一个新的方法。目前为止，已有多名研究者的病例报告证实移植人工真皮是治疗多种良性及恶性皮肤肿瘤(如鳞状细胞癌、基底细胞癌、巨型色素痣[4]、黑色素瘤[5]、隆突性皮肤纤维肉瘤等)在行根治性切除术后继发创面的有效手段。在瘢痕整形方面的回顾性研究表明：人工真皮用于瘢痕的整复治疗近期效果良好；同时长期随访显示使用人工真皮生成的新生皮肤在外观与质地上与正常皮肤接近[6]。

1.1.3 伴有骨骼、肌腱等深部组织暴露创面的治疗 此类创伤通常由高能理化因素、或严重感染造成，同时合并多量软组织缺损。一般而言，单纯肌腱外露创面软组织损伤情况相对较轻、基底组织血运有一定保障，清创后直接应用人工真皮覆盖创面是可行的做法。Shores等[7]和Yeong等[8]的回顾性研究均提示移植人工真皮可有效修复创伤、溃疡、肿瘤切除等引起的肌腱外露创面。Murray等[9]对29例患者行标准桡侧前臂游离皮瓣切取术后的医源性肌腱外露创面给予Integra®覆盖并择期行STSG移植，术后外观及功能恢复良好。

骨外露创面的软组织缺损情况相对严重，基底血运差、缺少活细胞。在骨膜存活的情况下可考虑直接移植AD，否则需要清除外侧失活骨皮质或钻孔至渗血为止。Yeong等[10]应用Integra®对2例因烧伤致头皮缺损、大面积颅骨外露患者进行治疗，术后愈合良好，随访1年无破裂溃烂等异常情况发生。证明了使用人工真皮修复骨外露创面的可行性。其他研究也证实了人工真皮用于治疗全层头皮缺损致颅骨外露[11-12]，烧伤致胫骨外露[13]等造成的骨外露创面的可行性。

值得注意的是，骨骼与肌腱作为运动系统的重要组成部分，其功能状况对评价治疗效果至关重要。移植人工真皮治疗在封闭创面上效果尚好，但缺乏正常组织层次，相比皮瓣/组织瓣移植术愈后功能差。因此现有的研究与病例报告中，移植AD疗法主要应用于非功能部位的骨骼/肌腱外露创面；即使是非功能部位，在发生严重

破坏局部组织结构并可能导致微生物深部定植的创伤(如符合Gustilo-Anderson分型Ⅲ型及以上的开放性骨折)时，AD在局部创面无法血管化[14]，仍需行皮瓣转移术封闭创面。

1.1.4 在整形修复外科中的应用 Tsoutsos等[15]在2011年回顾性分析了1例使用瘢痕松解、皮肤扩张联合Integra®移植，成功纠正胸部烧伤后畸形并重建乳房的病例及其他使用人工真皮进行重建的病例，并指出：人工真皮及皮肤扩张的联合治疗行之有效，是修复胸腹部大面积伤后畸形的有效手段。多个病例报告显示：移植人工真皮可有效治疗皮肤软组织感染坏死[16-17]及坏死性筋膜炎[18]等感染性疾病造成的大面积创面。此外，人工真皮也被报道应用于口腔骨纤维瘤切除后创面的修复[19]、口腔黏膜及唇部组织缺损的修复[20]、缺损指尖的重建[21]、手部深度烧伤的治疗与功能重建[22]、胎儿脊膜膨出的治疗[23]以及一些可引发大面积皮肤损伤的罕见疾病的治疗[24-25]，均获得良好的治疗效果。

1.2 与负压吸引治疗的联合使用及组织工程化改造 无细胞的人工真皮在移植后需要较长的时间(通常2～3周，最长可达36 d)等待细胞迁入生长以完成支架的血管化，期间存在较高的感染风险；同时需要二次手术移植表皮成分、延长了治疗周期；愈合后在伤口边缘仍存在不同程度的瘢痕收缩。若能有效缩短血管化所用时间、或者在移植人工真皮时能同时附带表皮组分，则可减少血管化延迟、移植物脱落、局部感染、瘢痕形成等并发症的发生率。

1.2.1 与负压吸引治疗的联合使用 负压封闭引流技术(vacuum sealing

drainage,VSD)与负压封闭辅助伤口闭合治疗(vacuum-assisted closure,VAC)的工作原理基本一致，其持续的负压吸引带来的引流效果可充分清除创面的渗出物和坏死组织、促进愈合过程中的细胞活动，并在一定程度上改善创基血供，同时对创面有着吸附固定作用。既往的回顾性研究结果提示对接受人工真皮移植的患者联合使用负压治疗可显著提高人工真皮附着率，减少血管化的时间。临床实践的结果显

示：在烧伤后残留瘢痕的治疗中联合使用人工真皮及负压吸引可以有效减少治疗时间、改善治疗效果并缓解患者因局部制动造成的不适感。对于存在骨外露及软组织缺损的复杂创面，VAC及人工真皮的联合使用具有更快的血管化速度，相比单用负压吸引提供了比肉芽组织更优的创基。2011年Eo等[26]的一项回顾性研究显示：Terudermis®/Pelnac®与VAC的联合使用可加速血管化，且因VAC减少渗出及血肿形成、附带机械附着与制动效果，可减少并发症的发生。

1.2.2 使用细胞/细胞因子的组织工程化改造 细胞是组织再生/修复的物质基础，将“种子细胞”植入支架材料中，可以促进支架的血管化过程、改善愈合后的外观和性能。Dermagraft®是第一种商品化的细胞复合型人工真皮。将新生儿包皮组织中提取的异体成纤维细胞(fibroblasts,Fb)种植于聚乙酸/聚乳酸网状支架中、经体外培养得到含有胶原及各种生长因子的真皮基质。临床试验证实，Dermagraft®能有效治疗糖尿病患者的慢性下肢溃疡，治愈率及创面愈后质量均好于传统的无细胞真皮基质。虽然它并未使用胶原作为支架材料，但其成功为后续的研发提供了有益的经验。Apligraf®是由Bell等开发出的第一种复合细胞的组织工程化全层皮肤，含有新生儿来源的异体Fb与异体角质形成细胞(keratinocytes,Kc)。由于含有2种愈合过程中的主要细胞，Apligraf®在外形、结构、生物学性能及代谢方面都与人体皮肤相近，且避免了需二次手术移植表皮成分的缺陷。在动物实验与临床试验中都被证明具有良好的疗效，愈合后的外观及性能好于自体皮肤移植。

使用动物源的胶原材料和同种异体的细胞构建的人工真皮存在免疫排斥、细胞功能差异及传播疾病的潜在风险，并且细胞来源及数量也受明显限制。动物实验[27]显示：人Fb生成的胶原基质(如AlloDerm®)较合成材料及动物源胶原能更有效促进真皮组织再生及新生血管形成，自体细胞较同种异体细胞排斥反应轻、细胞功能更好。Han等[28]回顾了29例行基底细胞癌根治术后残留创面的患者使用人工真皮的治疗情况，研究结果证实使用植入自体Fb的AD治疗创面可有效促进组织的

再生，显著改善愈后性状、并减少收缩性瘢痕形成。Morimoto等[29]在研究中回顾了对慢性下肢溃疡患者使用植入自体Fb的Pelnac的治疗效果，证实复合自体Fb的复合真皮可有效治疗难治性溃疡创面。

伤口的愈合过程中，细胞的活动受到多种细胞因子的调控。成纤维细胞生长因子2(FGF-2/bFGF)可通过促进血管内皮细胞与Fb的增殖来加速血管化及基质生成，现已推出bFGF的商品化喷雾剂产品并应用于临床。回顾性研究显示：在使用人工真皮覆盖创面的基础上，bFGF辅助治疗组的创面愈后形成瘢痕较少，新生组织的含水量及弹性也明显高于常规治疗组；但因药物半衰期短，创面给药过程烦琐，同时增加了感染、人工真皮脱落等并发症的风险。Morimoto等[30-32]在系列研究中构建了可缓释bFGF的胶原-明胶支架材料，将其用于下肢慢性溃疡的试验性治疗，17人中有16人获得了良好效果。Lohmeyer等[33]则利用转基因技术构造了可表达血管内皮细胞生长因子(VEGF)的Fb及表达血小板源性生长因子BB(PDGF-BB)的Kc，将其与Integra®联合使用构建组织工程全层皮肤，裸鼠实验证实其可有效减少创面收缩、促进愈合，并且生成分化良好的新生表皮和真皮，在使用过程中无需追加其余药物。除bFGF外，目前还有其他研究者尝试将PDGF、VEGF等生长因子与AD联合使用，在动物实验中取得了初步成果，但距临床实用仍有距离。 现有的皮肤替代物产品虽然被称为人工真皮或人工皮肤，但其本质上是一种可供自体细胞/植入的种子细胞生长于其中的临时性支架物质，可视为具备生物活性的敷料；本身并不能作为受损皮肤的即时全功能替代物，在柔韧性、机械性能方面同天然皮肤仍有较大的差距；新生的皮肤样组织仅能起覆盖作用，缺乏皮肤附属器、免疫细胞和神经末梢，也不具备体温调节、免疫反应、物质代谢以及感觉等主要功能。总体来说，仍属于创面敷料范畴。尽管与理想的皮肤替代物尚有差异，研究者们仍然探索出了AD的一些新临床应用指证与方法，为传统的治疗方法提供了良好的备选和替代方案。若能在构建转基因种子细胞、调控干细胞发育及寻找新的支架材料

等方面有所突破，未来将可获得更有效的新一代人工皮肤替代物。

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