皮肤组织工程在修复创伤皮肤中的临床应用

曾红菊

（武汉大学医院外科，湖北 武汉 430072）

皮肤组织工程在修复创伤皮肤中的临床应用

曾红菊

（武汉大学医院外科，湖北 武汉 430072）

皮肤是人体最大的器官。皮肤在受到创伤后愈合的过程中往往会导致创面收缩及瘢痕形成，进而可引起一系列局部功能、外观和心理方面的并发症。目前，临床上在修复皮肤创伤时尚缺乏有效的手段。皮肤组织工程作为组织工程的一个分支，具有全面修复受损皮肤结构和功能等作用。近年来，皮肤生物学、生物材料科学和工程技术都得到了迅速的发展，皮肤组织工程技术也取得了一定的突破。本文主要探讨皮肤组织工程在修复创伤皮肤过程中的临床应用效果。

创伤修复;皮肤组织;工程

皮肤是人体最大的器官，覆盖人体的表面并占人总体重的8%左右。皮肤由表皮、真皮、皮下组织和皮肤附属器官等构成，具有防护、吸收、感觉、体温调节、代谢、分泌和排泄等功能。它与外界环境直接接触，能够不断接收外界的物质信号并适应其动态变化。人的皮肤在受到损伤后常会引起一系列功能、外观和心理方面的并发症。目前，临床上在修复皮肤创伤方面尚缺乏有效的手段。皮肤组织工程作为组织工程的一个分支，具有促进多能干细胞、生物活性分子等对受损的皮肤进行修复、全面修复受损皮肤的结构和功能等作用。近年来，皮肤生物学、生物材料科学和工程技术都得到了迅速的发展，皮肤组织工程技术也取得了一定的突破。本文主要探讨皮肤组织工程在修复创伤皮肤中的临床应用效果。

1 皮肤创伤的原因及现状

人的皮肤常会直接暴露于存在有害微生物、热力、机械性或化学性因素的环境中，因此易受到损伤。人体在罹患疾病、发生急性创伤或接受手术干预时都可能导致皮肤创伤。皮肤在发生创伤后愈合的过程中往往会引起创面收缩及瘢痕形成，进而可导致一系列功能、外观和心理方面的并发症[1]。在所有的皮肤创伤中，皮肤烧伤最具有破坏性。皮肤烧伤不仅可使患者发生生理上的创伤和残疾，还可使其出现情感及心理障碍[2]。发生严重的皮肤烧伤和慢性不愈合的皮肤创伤可使患者出现不可逆的功能障碍，并可使其因接受长期的治疗和护理而承受沉重的经济负担。

2 皮肤创伤的修复

人的皮肤因受到创伤而导致部分细胞和组织丧失后，会自发地对缺损的细胞和组织进行修复。参与修复皮肤创伤的主要成分包括细胞外基质（ECM）和各种细胞。皮肤创伤的修复可概括为以下两种不同的形式：1）皮肤的再生。皮肤的再生是指由受损皮肤周围的同种细胞对其进行修复，使其不同程度地恢复原有的结构与功能。皮肤的完全再生是指，皮肤在再生的过程中完全恢复原有的结构与功能。2）皮肤的纤维性修复。皮肤的纤维性修复是指由受损皮肤中的纤维结缔组织对其进行修复。受损的皮肤在发生纤维性修复后会形成瘢痕，故纤维性修复也被称为瘢痕性修复。多数情况下，皮肤创伤的两种修复形式会同时存在。受损皮肤的正常修复涉及4个相互重叠又明显不同的阶段：第一阶段，受损的皮肤可发生与许多免疫细胞、细胞因子、趋化因子和生长因子有关的止血和炎症反应；第二阶段，受损的皮肤可发生细胞增殖、迁移及角质细胞的重上皮化；第三阶段，受损的皮肤可发生受VEGF（血管内皮生长因子）调控的血管生成；第四阶段，受损的皮肤可发生由各种miRNAs、生长因子及连接蛋白参与的重塑[3]。

3 组织工程皮肤产生的背景

皮肤创伤，特别是皮肤全层烧伤的修复一直是困扰临床医生的棘手问题[4]。烧伤后皮肤的再生和功能修复是进行烧伤学研究的焦点。较浅的烧伤创面或小面积的皮肤全层缺损，主要通过残存皮肤附件的干细胞再生或临近皮肤的上皮细胞迁移而逐渐愈合。在发生大面积烧伤或广泛深度的皮肤创伤造成的皮肤全层缺损后，受损皮肤固有的表皮干细胞壁龛被破坏，其创伤愈合是通过伤口边缘细胞的迁移和收缩来完成的，这可导致重大的挛缩形成，使病人发生严重的功能障碍，承受较大的痛苦[5]。皮肤移植是覆盖大面积皮肤烧伤或皮肤缺损创面的重要手段。目前，自体皮肤移植手术是治疗此类皮肤创面的首选疗法。但是，大面积皮肤烧伤或皮肤缺损患者的自体皮源往往严重不足，在接受自体皮肤移植手术时其皮肤上会出现新的创面，其创面若未能及时得到有效的覆盖会发生生命危险。为了解决这一问题，能替代人体自身皮肤治疗大面积皮肤烧伤或皮肤缺损的组织工程皮肤便应运而生。

4 组织工程皮肤的三要素

皮肤组织工程作为组织工程（Tissue engineering，TE）的一个分支，是一门新兴的边缘学科。组织工程皮肤是最早被开发和目前最接近成功的组织学产品，也是世界上第一种获得美国食品与药物管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准，被应用于临床上的组织工程产品。种子细胞、生物支架材料和生长信息作为组织工程的三要素，对皮肤组织工程同样适用。

4.1 种子细胞

组织工程皮肤的种子细胞是指能够发育成皮肤组织或其细胞成分的培养细胞。根据来源的不同，种子细胞可分为以下两类[6]：1）来源于皮肤细胞的种子细胞，包括角质形成细胞（keratinocytes，KC）、皮肤成纤维细胞（fibroblast cells，FC）、 表 皮 干 细 胞（epidermal stell cells，ESCs）、黑素细胞（melanocytes，MC）。2）来源于非皮肤细胞的种子细胞，包括胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）、诱导多能干细胞（Inducible pluripotent stem cells，iPSCs）、间充质干细胞（包括骨髓间充质干细胞bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs和脂肪间充质干细胞adipose-derived stem cells，ADSCs）、血管内皮细胞（endothelial cells， EC）、羊膜细胞（human amniotic membrane，AM）等。目前，组织工程皮肤中种子细胞的主要来源是患者的自体细胞、异体细胞和异种细胞。来源于患者自身的种子细胞具有最低的免疫原性和疾病传播率，而且具有再生为新的皮肤组织的能力，用其修复皮肤创伤的效果最为理想[7]。种子细胞中的干细胞在受损皮肤愈合过程中发挥的作用包括以下几种：1）在上皮的再生中可起到多种作用；2）其中具有多分化潜能的祖细胞，可从间充质细胞向上皮细胞表型转化；③可作为血管再生时内皮细胞的前体细胞；④可表达成纤维细胞特异性胶原蛋白基因，促进创面重塑；⑤可促进色素再生；⑥可促进毛囊再生[8]。

4.2 生物支架材料

组织工程皮肤的生物支架材料是指用于支撑细胞生长为一个完整组织的框架材料。根据来源的不同，组织工程皮肤的生物支架材料可分为三大类：1）天然聚合物。⑴天然多糖聚合物，包括细菌纤维素、壳聚糖、透明质酸等；⑵天然蛋白质，包括丝素蛋白、纤维蛋白凝胶、胶原蛋白等。2）细胞外基质，包括脱细胞真皮基质、脱细胞羊膜及小肠黏膜下层。3）复合生物材料，包括天然聚合物+天然聚合物、天然聚合物+细胞外基质、天然聚合物+合成聚合物。使用生物支架材料进行皮肤创伤修复可能导致异物反应，包括炎症反应、感染、血栓形成及栓塞。理想的生物支架材料应具备以下条件：1）具有一定尺寸的三维多孔结构；2）具有生物可降解性且速率可控；3）具有良好的生物相容性；4）不会引起炎症反应；5）具有可塑性和一定的机械强度。此外，生物支架材料在湿态时也应具有可操作的力学性能及一定的柔韧性，能够与机体紧密贴合，且不会对机体造成机械损伤。理想的生物支架材料应该类似于机体的细胞外基质，能够支持细胞的粘附、增殖和成熟，促进创伤的愈合、肉芽组织的形成、纤维化、血管化和上皮再生[9]。

4.3 生长信息

哺乳动物的上皮组织器官在受到创伤后，修复的过程很复杂，可受到众多分泌因子（包括细胞因子、生长因子和趋化因子等）的影响[10]。目前，许多研究证明，很多细胞因子、生长因子、趋化因子、转化因子及新鉴定的生物活性分子都可以提高受损皮肤的愈合质量，组织中生长因子和细胞因子的减少则可明显延迟皮肤创伤的愈合且促进瘢痕形成[11]。

5 组织工程皮肤的临床应用及挑战

目前，治疗皮肤创伤仍是临床上面临的一个挑战。有关信号控制创伤细胞和分子行为的新知识，促进了多能干细胞、生物活性分子在治疗皮肤损伤中的应用，减少了皮肤再生中疤痕的形成[12]。最近，皮肤生物学的发展强调了细胞与细胞间的相互作用在表皮形态发生过程中的重要性[13]。这导致了高度复杂和创新的3D皮肤替代物的产生。3D皮肤替代物可模拟人体皮肤的结构和功能且含有毛囊、毛细血管网络、感觉神经、脂肪组织和皮肤色素[14]。通过模拟局部解剖部位皮肤生长的环境，不同的种子细胞和ECs可通过相互作用促进血管生成及组织工程皮肤的血管化[15]。

临床证据表明，组织工程皮肤（Tissue-engineering skin，TES）中包含的大多数细胞经移植后存活的时间不到1个月[16]。目前，大部分的TES在受损皮肤愈合的过程中只能作为一种临时替代物。缺乏直接的血液供应和发生免疫排斥反应是阻碍同种异体TES永久存活的两个主要问题。随着创伤愈合机制的阐明，多种细胞的恰当组合及其相互作用在永久性TES的构建及皮肤创伤的初始治疗中可能会发挥重要的作用。我们相信，随着皮肤生物学、生物材料科学和工程技术的发展，TES疗法在治疗皮肤创伤方面终将达到与自体皮肤移植术等同的临床效果。

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R722.14+2

A

2095-7629-（2017）19-0017-03

曾红菊，女，1986年12月出生，籍贯为湖北，硕士，住院医师，初级职称，研究方向：真皮替代物的体内外研究