2024年5月8日发(作者:)
2010年第5卷第4期Chin J urv Repa.r andWoundHealing(Ⅱe由 c Ediiton),August 2010,V0l 5,No.4
.
综述.
天然组织工程皮肤支架材料的分类及其免疫原性研究现状
郑必祥 彭代智 陈博 左海斌周灵 周新 刘敬
保留了胶原纤维等细胞外基质成分和三维组织结构,具有良
好的组织相容性 J。美国LifeCell公司推出的Allodem即是 r
一
组织工程皮肤是组织工程研究最为成熟的一个领域,其
核心内容是构建一种支持细胞生长的三维支架,与角质形成
细胞和/或成纤维细胞进行体外复合培养,形成可用于创面
覆盖与修复的皮肤等同物 。其中支架材料为种子细胞提
种商品化的异体脱细胞真皮基质,临床应用效果良好 。
由于异体ADM的存在来源有限的问题,近年来用异种皮肤
供了黏附、迁移、增生和分化的空间环境,在组织工程皮肤的
构建中起着重要作用。组织工程皮肤支架材料包括人工合
成组织工程皮肤支架材料(简称人工合成支架材料)和天然
组织工程皮肤支架材料(简称天然支架材料)两大类。人丁
合成支架材料主要包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚原酸酯、聚已内
酯、聚氰基丙烯酸烷基酯及其共聚物等。人工合成支架材料
始终无法模拟天然真皮的三维空间结构,其成分为人工合
成,亲水性不够理想,缺乏细胞识别信号,与细胞问缺乏生物
性相互作用,对细胞黏附力较弱 。而天然支架材料来源于
天然组织,来源丰富,制作较为简单,造价低廉,且在三维结
构、组织亲和性、机械性能及生物降解性等方面显著优于人
工合成支架材料,从目前研究来看,是组织_[程皮肤支架材
料的研究热点 J。但天然支架材料因来源和所含成分不同,
存在着不同程度的免疫原性,限制了其临床的广泛应用。目
前这方面的研究较多,因此,有必要结合天然支架材料的分
类来概括其免疫原性研究现状。
一
、
天然支架材料的分类
按加工处理天然组织的方法分类,天然支架材料大致可
以分为脱细胞支架材料和基质提取成分支架材料两大类。
脱细胞支架材料是通过各种物理和化学的方法去除天然组
织中的细胞成分,同时保留了原有组织的三维支架结构和主
要细胞外基质成分的支架材料。目前应用较多的有脱细胞
真皮基质(acellular dermal matrix,ADM)、脱细胞小肠黏膜下
层(small intestinal submucosa,SIS)、脱细胞羊膜基质等。基
质提取成分支架材料主要指通过从天然组织中提取某些成
分,再构建出具有三维空间结构的支架材料。目前提取的天
然细胞外基质成分主要有胶原类、壳聚糖类、透明质酸类等,
由于单一成分合成的支架均有非常明显的缺点,因此,这类
支架材料多以一种成分为主,多种成分组合构建而成,如胶
原一透明质酸复合支架、壳聚糖一胶原复合支架、壳聚糖一透明
质酸复合支架、胶原一硫酸软骨素复合支架以及胶原一壳聚糖一
透明质酸复合支架等。
1.脱细胞支架材料
(1)脱细胞真皮基质(ADM):ADM取材于人类皮肤或
动物皮肤,通过物理和化学等手段,去除了细胞成分的同时
DOI:10.3877/cma.j.issn.1673 ̄450.2010.04.023
基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划,2006AA02A121),
国家重点基础研究发展计 ̄(973计划,2005CB522605)
作者单位:400038重庆,第三军医大学西南医院全军烧伤研究
所,创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室
通讯作者:彭代智,Email:dzpeng@yahoo.COIn
来获得脱细胞真皮基质的报道亦较多 。由于大多数人认
为猪皮与人体皮肤组织结构相似,并且具有来源广泛、价格
低廉等优点,因此猪ADM成为研究热点 。但猪ADM在临
床应用时存在营养渗透性差、血管化速度慢、移植皮片成活
率低等不足 。最近,我们通过比较巴马小型猪与人真皮发
现 ,猪真皮不f[I三维结构致密,其主要成分也与人真皮相
差甚远。因此,在选择ADM的来源动物时,有必要寻找真皮
组织结构与人更为相似的动物。同时,由于现有ADM制作
的方法都很难在降低免疫原性上达到满意效果,ADM的制
备方法仍有待改进 …。
(2)脱细胞SIS:脱细胞SIS是一种对小肠组织(通常来
源于猪)进行脱细胞处理后所得的细胞外基质支架材料 。
SIS中的胶原蛋白、蛋白多糖及糖蛋白构成的细胞外基质框
架可作为组织形态发育、结构重建的天然生物支架,已成功
作为多种组织工程的支架材料,用于如皮肤、血管、神经、肌
腱等组织缺损的修复 121。SIS有良好的生物相容性,植人体
内后不引起明显的排斥反应,又具有适当的机械特性,能为
成纤维细胞及新生血管的长入提供足够的生长空间,随着新
生组织的形成,逐渐降解,产生的新生组织在结构和功能上
均与原有组织相似 。
(3)脱细胞羊膜基质:羊膜是胎盘上最靠近胎儿的一种
薄膜状组织,这种半透明薄膜由单层立方上皮细胞、较厚的
基底膜以及一层无血管的问质组成 。羊膜的上皮细胞层
含有羊膜上皮细胞和由羊膜上皮细胞分泌的多种生长因子,
因此羊膜不仅具有生物支架所必须的基质结构,而且具有促
进细胞生长的生物活性分子u 。将羊膜中的细胞成分去除
后所留下的无细胞结缔组织称为脱细胞羊膜或羊膜细胞外
基质,具有免疫原性低的特点。何清义等 通过人羊膜细
胞外基质与成纤维细胞的共培养,观察成纤维细胞的生长特
性以及胶原纤维产生,提示成纤维细胞在支架上生长、黏附
良好,胶原合成、分泌旺盛,认为人羊膜细胞外基质是一种较
理想的成纤维细胞载体。
2.基质提取成分支架材料
(1)以胶原成分为主的支架材料:胶原是组织细胞外基
质的重要组成部分。因其来源广泛,免疫原性低而被广泛地
用作组织工程支架。胶原作为组织工程支架材料具有很多
优越性,但胶原也存在加工性能差、缺乏柔韧性、抗拉强度低
等缺点。为了改善胶原的力学性能,常常通过与其他成分进
行组合,以调节其降解速度,增强力学特性。Integra由戊二
醛交联的牛I型胶原与6一硫酸软骨素构成,在其上覆盖硅橡
胶薄膜。Heitland等。¨ 指出使用Integra作为真皮替代物覆
中华损伤与修复杂志(电子版)2olo年第5卷第4期chin J 町R印击andWound} 嚷(Electronic Ediiton),August 2010.Vol 5.No.4 .59.
盖皮肤缺损部位,成纤维细胞黏附及生长良好,易于血管化,
且不易降解,有一定临床应用价值。
(2)含透明质酸类成分的支架材料:透明质酸是一种蛋
白多糖,是真皮细胞外基质的成分之一,具有良好的生物相
容性和生物降解性。然而纯透明质酸具有易溶于水、吸收迅
速和住组织中停留时间短等物理和生物特性,限制了它用于
制备皮肤支架材料。因此,只有对透明质酸进行谨慎的化学
修饰后才能用于制备皮肤支架材料。Liu等 将透明质酸
与胶原/壳聚糖支架复合,体外观察显示复合透明质酸后的
胶原/壳聚糖支架的柔韧性和降解性都有了较大的提高。在
该支架上共同培养成纤维细胞和角质细胞2周后显示细胞
沿支架成立体生长,形成细胞层,且出现基底膜含有典型的
层黏连蛋白和Ⅳ型胶原蛋白,说明可以通过胶原/壳聚糖/透
明质酸支架在体外构建人丁活性皮肤。
(3)以壳聚糖类为主的支架材料:壳聚糖是甲壳素的脱
乙酰化产物,为一种天然聚阳离子多糖,在体内可被降解为
易被人体吸收的氨基葡萄糖,具有良好的牛物相容性和生物
呵降解性,是一种理想的细胞外基质材料。最近研究显示,
壳聚糖及其衍生物由于其多孔凝胶结构,在体内与大分子物
质的良好相容性等优势越来越成为一种很有发展前景的组
织T程替代品,而利用壳聚糖制造的人工皮肤具有良好的组
织相容性、成膜件、柔韧性和一定的抗菌消炎、促进伤口愈合
的作用 。
二、天然支架材料的免疫原性
1.脱细胞支架材料的免疫原性
(1)ADM的免疫原性:f:世纪几十年代初Castagnoli和
Sedmale发现同种异体皮肤移植所发生的免疫排斥反应主要
源于角质形成细胞、朗格汉斯细胞和成纤维细胞等。而在细
胞中起主要作用的是由主要组织相容性复合物(MHC)决定
的细胞膜上的糖蛋白抗原。根据这些糖蛋白的结构和功能
不同,一般分为MHC—I和MHC一11两类。其中MHC—I类抗
原分子主要作为自身抗原呈递细胞毒件T细胞,限制细胞毒
杀伤作用。MHC一Ⅱ类抗原在免疫反应中起调控作用,在辅
助T细胞的激活中起作用。异体ADM由于去除了细胞,临
床试验证实具有良好的术后远期效果且不发生明显的免疫
排斥反应 …。然而,现有的ADM制备过程中脱细胞时会有
一
定的细胞组分残余,这些残余有一定的免疫原性。例如,
残余的DNA就是引起免疫排斥反应的凶素之一 。近年
研究发现,引起免疫反应的成分除卜述细胞成分外,还应包
含细胞外基质(extracellular matirx,ECM)成分。ECM是一种
主要由胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖、蛋白聚糖以及弹性蛋
白等组成的高亲水性大分子网络结构。ADM去除了细胞成
分后保留丁大部分的ECM成分,其免疫原性虽然大大降低,
但仍存在排斥反应,说明ECM成分也具有免疫原性。
由于异体ADM的材料来源问题,异种ADM引起人们关
注。异种ADM由于种属问题,其免疫原性难以去除,移植后
仍存在不同程度免疫排斥反应。常见的异种免疫排斥反应
多与糖蛋白o/.一1,3-半乳糖侧链(仪一1,3-galactose, —ga1)的末
端这一抗原表位有关。由于人、猩猩和旧世纪猴体内的ot一1,
3一半乳糖基转移酶( 一1,3-GT)基【夭J失活不存在这一表
位 ,所以,在非猩猩和旧世纪猴的异种移植中,人体就会
产生抗Gal抗体(占血液中IgG抗体的1%E23 3),最终介导超
急性和延迟排斥反应 J。
异种ADM的免疫原性分布存在着部位差异。有研究表
明,真皮乳头层是异种抗原最易残留的区域,Desagun等
实验证实基底层IV型胶原或层黏连蛋白是猪ADM抗原的
主要来源。Xu等 在用ADM修复腹壁的动物实验中发
现,异种ADM移植后,IgG、IgM等免疫球蛋白以及补体成分
C5b在植入物的沉积部位主要集中在基底膜以及真皮乳头
层。因此,根据脱细胞真皮基质的免疫原性分布特点,去除
基底膜及致密的乳头层能降低免疫原性 。
(2)脱细胞SIS的免疫原性:脱细胞SIS与ADM类似,也
是一种脱细胞后的基质,其植入体内也一般只引起以Th2淋
巴细胞为主的一过性免疫反应,而Th2淋巴细胞不会激活巨
噬细胞,产生的IgG不引起补体反应,因此不会引起显著免
疫排斥反应。Kim等 将脱细胞SIS植入小鼠体内2周后
观察发现,脱细胞SIS移植物内有大量宿主细胞植入并增
生,周围无炎性反应细胞,说明脱细胞SIS不会引起急性排
斥反应。但脱细胞SIS的长期植入是否会引起慢性排斥反
应还有待研究。有学者就发现利用脱细胞SIS异种移植治
疗人压力性尿失禁会引起患者局部炎性反应及疼痛等并发
症 ,其原因是脱细胞SIS引起的排斥反应,还是移植物太
厚或移植局部血运不丰富导致局部组织缺血坏死,仍需要进
一
步研究。
(3)脱细胞羊膜基质的免疫原性:由于羊膜除了基质成
分外,还含有多种生长因子,因此羊膜应用于临床时会使用
新鲜羊膜及保存羊膜等未脱细胞的材料。由于含有细胞成
分,移植时两种羊膜均会引起免疫排斥反应 。而脱细胞
羊膜基质的主要成分是胶原蛋白等基质成分,与ADM和SIS
一
致,在没有细胞成分的前提下,所剩余的基质成分由于在
不同种属问差异极小,免疫原性低,因此,移植后会有良好的
组织相容性, 会引起明显的免疫排斥反应 。
2.基质提取成分支架材料的免疫原性
基质提取成分支架材料一般为多种成分复合支架,其免
疫原性体现为几种成分免疫原性的综合表现,因此,首先要
明白其主要成分的免疫原性。(1)胶原的免疫原性:胶原蛋
白与其他许多蛋白质相比,其抗原性和免疫原性都很弱,因
此长期被认为是安全的。但现今的免疫学分析和研究结果
表明胶原仍存在着免疫原性。胶原蛋白的抗原决定簇大致
可被分成3类。第一类是端肽。在2个不同种类的哺乳动
物的胶原蛋白的非螺旋的末端区域中有很大的变化性,在这
区域中几乎所有的氨基酸残基均表现出种属性变化。因此,
大董的研究和口前的生产者都集中在如何完全去除端肽,认
为去除端肽能降低胶原的免疫原性,Pelnac就是一种去除端
肽的猪胶原蛋白海绵支架” 。第二类是位于天然胶原蛋白
的三螺旋结构内的抗原决定簇,其会在分离和纯化过程中暴
露出来。第三类是指完整的三螺旋结构。尽管端肽是胶原
的免疫原性的主要部位,但胶原的整个三螺旋也显示出一定
的免疫原性 。
(2)壳聚糖类的免疫原性:壳聚糖具有活化巨噬细胞、诱
导免疫调节因子的表达等功能,其结构中含有可衍生化的活
性羟基氨基,正电荷密度高,有利于细胞的黏附,所以壳聚糖
60・ 20JO年第5卷第4期Olin JIniuryf ir andWcund Healing(口ecU ̄fic Edition), 2010,Voi 5,No.4
是一种良好的组织工程支架材料。壳聚糖及其衍生物具有
良好的生物相容性,不与体液、组织和细胞产生明显的排斥
反应,抗原性小。但是,壳多糖等多糖类支架材料缺乏绌胞
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5 Yim H,Cho YS,Seo CH,et a1.The use ofAlloDerm on major burn
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支架材料中引入细胞识别位点或与胶原复合,可增强其与特
定细胞的相互作用,促进细胞发挥迁移、增生和特定基因表
达的功能 。因此,壳多糖类支架在组织工程七的应用多
以复合支架的形式出现。
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13—1—3键连接而成。透明质酸在自然界中广泛地存在于脊椎
动物的结缔组织、黏液组织、眼球的晶状休及某些细菌的荚
膜中。但是,无论来源为何,透明质酸的化学组成及结构均
相同。同时,透明质酸与其他的葡糖胺聚糖如软骨素和硫酸
软骨素不同,它的结构中蛋白质或硫酸不足共价键结合,因
此单纯的透明质酸无免疫原性,不会引起免疫反应 。
单一的天然成分均无明显的免疫原性,但在复合支架的
应用过程中也会引起一定的免疫反应,是合成过 中天然成
分因改性而产生的新的构象造成,还是多种成分之间的化学
键造成还有待进一步研究。
三、展望
天然组织工程皮肤支架材料通常来源于异种组织,尤论
是将其直接用于修复真皮缺损,还是用于构建组织工程皮
肤,均有必要降低其免疫原性。因此,如何进一步降低其免
疫原性仍是今后组织工程皮肤支架研究努力的 向。对于
脱细胞支架材料而言,首先应在其动物来源 做好选择,使
支架材料在免疫原性更低的同时,结构上也最接近于人真
皮;其次应根据其免疫原性的组织学分布特点,着眼于制备
方法的改进,利用新的手段降低其免疫原性。对于基质提取
成分支架材料,在提取成分的来源组织选择七,臆选择种属
接近人的动物;在改变提取成分的性质时,应在不增加其免
疫原性的前提下提高其组织亲和力和力学性能;而在多种成
分组合时,应尽量避免产生新的抗原位点。在降低免疫原性
的基础上,可引进活性成分进一步增加支架材料的生物活
性,为种子细胞提供最佳的三维生存空间 。当然,从构建
完美组织工程皮肤的角度考虑,组织工程皮肤支架材料应能
促进表真皮连接的重建,便于皮肤附属器的生长,有利于血
管与神经的再生 。
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(以上内容见54页)
肌皮瓣包括I二斜方肌肌皮瓣、外侧斜方肌肌皮瓣、下斜方肌
肌皮瓣以及带肩胛骨的骨肌瓣。通过对斜方肌肌皮瓣的显
们的临床结果一敛。
本组患者电烧伤后创面软组织缺损大,同时伴有骨质、
关节外露,局部血运 、炎性反应重,根据下斜方肌肌皮瓣的
微外科解剖学研究及临床应用 j,颈横动脉浅、深降支都有
分支穿过肌肉到皮下,在浅筋膜中与邻近血管分支吻合成
网,营养表面皮肤,除营养斜方肌的中下部外,与腰骶部血管
亦有广泛的吻合,为下斜方肌肌皮瓣的设计提供了可靠的解
剖学基础。在头颈部组织缺损修复的研究中,对于包括斜方
肌在内的颈、肩、背部各类型皮瓣、肌皮瓣的研究资料非常丰
解剖学特点及其在颌面部缺损rII应用情况,电烧伤创面经下
斜方肌肌皮瓣修复后效果满意,为电烧伤创面修复提供了可
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具有切取操作简便,血供可靠,组织量大及供区隐蔽的特
点 。与其他常使用的肌皮瓣如胸大肌肌皮瓣、背阔肌肌
皮瓣比较,斜方肌肌皮瓣更薄且柔韧,可以供分离的I】Ⅱ管蒂
更长,在一些颌面、项背部、口腔,远至颅顶,甚至颅底的大面
损修复中的移植应用前景[J].中国组织工程研究与临床康复,
2008,12(18):3553—3554.
6朱敬民,郝天智,孙志刚,等.下斜方肌肌皮瓣修复枕项部高压
电烧伤[J].中华烧伤杂志,2008,24(3):210-212.
(收稿日期:2010-03—31)
积组织缺损的修复重建中更有优势。朱敬民等 用下斜方
肌肌皮瓣修复枕项部高压电烧伤,取得了可靠的疗效,与我
(本文编辑:安静)
胡德林,方林森,余又新,等.下斜方肌肌皮瓣在严重电烧伤创面修复中的应用[J/CD].中华损伤与修复杂志:电子版,
2010,5(4):528—531.
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