二、组织工程皮肤

随着细胞生物学、分子生物学、生物工程和材料科学的发展，在20世纪80年代末至90年代初诞生了一门新的学科——组织工程学（tissue engineering），是再生医学的重要组成部分。组织工程学是综合应用细胞生物学和工程学原理，在实验室将人体某部分的组织细胞进行体外培养扩增，然后，把这些培养细胞种植和吸附在一种生物材料的支架上，再一并移植到人体所需要的部位，以修复组织缺损，替代组织器官的一部分或全部功能，或作为一种体外装置，暂时替代器官部分功能，达到提高生存质量和延长生命活动的目的。组织工程学研究的意义不仅在于挽救生命、减少伤残、延长生命活动，它同时标志着“生物科技人体时代”的到来，是一场意义深远的医学革命和再生医学的新时代。目前，在创伤局部治疗中可以应用的组织工程产品主要有组织工程人工皮肤、组织工程化软骨和骨、组织工程化肌腱、组织工程化周围神经等。组织工程皮肤已经被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于某些慢性溃疡的治疗（静脉瘀滞溃疡和糖尿病足溃疡）。

目前，组织工程皮肤的设计目标是一种可以移植于创面上的永久皮肤替代物或者一种可以介导创面无瘢痕愈合的可吸收模板。

（1）组织工程皮肤与抗感染成分或药物慢性创面往往存在不同程度的感染，创面表面细菌量较高。这是自体皮片移植于慢性创面难以存活的一个重要原因。我们可以设想，如果组织工程皮肤含有抗感染成分或药物，那么将会有助于慢性创面的治疗。如何使抗感染成分或药物可控性释放，同时不会影响创面愈合的生理过程是目前面临的主要问题。

（2）组织工程皮肤与生物活性分子慢性创面愈合中主要的生物活性分子包括生长因子 （GF）、细胞因子（cytokines）以及在基因和蛋白质水平的其他生物分子。Cao等指出了生长因子有明显的促进血管生成的作用，尤其在生理状态下的创面愈合过程中。细胞外基质中的蛋白质和糖胺聚糖（GAGs）可以结合大量生长因子和细胞因子。如纤维蛋白（fibrin）和纤连蛋白（fibronectin）均可以结合生长因子，这对于创面愈合有明显的调节和促进作用。慢性创面往往存在肉芽欠新鲜，纤维化明显的情况，因此，自体皮片移植难以成功。组织工程皮肤应用于慢性创面之后，由于其生物支架中含有与真皮相似的蛋白质和黏多糖等成分，可以在创面聚集浓度较高的生物活性分子，故治疗效果有望优于传统治疗方法。

如何将生物活性分子整合入组织工程皮肤，并且可以缓慢释放是很多科学家奋斗的目标， 但是这是一项很有难度的工作。生长因子和细胞因子在生理状态下降解较快，如血管内皮生长因子（VEGF）在体内的半衰期只有50min，故目前常用的是通过静脉输入生长因子或者直接创面内注射。科学家曾试图在组织工程皮肤中加入包含有裸露DND的生物基质，基质内的DNA可编码多种生物活性分子，但是效果不是很理想。强生公司（Johnson & Johnson，s）推出的Regranex凝胶是FDA批准的用于治疗糖尿病足治疗生物凝胶。该产品可以在创面愈合过程中提供治疗剂量的血小板源性生长因子（PDGF）。但是该产品应用于创面后需要每日更换，并且面对是否存在致癌性的质疑。(https://www.daowen.com)

组织工程皮肤最大限度模仿了正常皮肤的结构，避免外源性病原体入侵创面的同时减少了水分和蛋白质从创面丢失。真皮层的存在一定程度上减少了瘢痕、挛缩、畸形。对于无法接受或不愿接受植皮手术的糖尿病足患者，组织工程皮肤也是一个可以考虑的选择。

目前，市场上销售的人工真皮替代物主要有Apligraf、Dermagraft 和 TheraSkin 等。Apligraf 由人角质形成细胞形成的表皮层和成纤维细胞形成的真皮层构成，不包含任何抗原呈递细胞，如朗格汉斯细胞（Langerhans cell）、树突细胞、内皮细胞或白细胞；Dermagraft是一种无菌、冷冻保存、成纤维细胞来源的真皮替代物，由新生的真皮成纤维细胞在生物可吸收的聚乳酸网眼支架上培养而形成含有代谢活性的活细胞的三维人源性真皮替代物，只含有人类真皮成纤维细胞及其分泌产物，没有其他类型的细胞（如巨噬细胞、淋巴细胞、内皮细胞或角质形成细胞）；TheraSkin是一种微创、低温保存的裂厚人体皮肤移植物，它含有天然的细胞外基质、衍生生长因子和活细胞，人工真皮替代物将生长因子和细胞因子传递到伤口环境，帮助其愈合并缩短愈合时间。研究显示，人工真皮替代物能够促进难愈性足溃疡的愈合，且安全性良好。网状Meta分析显示人工真皮替代物总的失败率较低，但由于相关的研究较少，总体样本量较小，需要更多的研究来验证在DFU治疗中的安全性、有效性和失败率。基于目前的证据来看，人工真皮替代物可作为难愈性DFU的辅助治疗手段之一。

脱细胞生物羊膜是从富含细胞因子、生长因子和干细胞的人胎盘中提取的组织，含有结构胶原、细胞外基质、生物活性细胞和各种各样的生长因子和细胞因子，具有刺激再生和促进创面愈合的作用。脱细胞生物羊膜疗法优点是和人类皮肤组织兼容性较高，缺点在于其来源不足。Meta分析表明，脱细胞生物羊膜治疗可提高溃疡愈合率和缩短创面愈合时间，但由于相关的研究较少，总体样本量较小，需要进一步的研究来验证在DFU治疗中的安全性、有效性和截肢率。

近年来，组织工程皮肤的研究取得了一定的成效，也已经有很多产品面世，并且实际运用到了烧伤、创伤以及其他一些皮肤缺损的疾病中。但由于目前的产品缺乏正常人皮肤的组织结构，外形性和机械性能明显低于天然正常皮肤，缺少神经、毛囊、血管、汗腺等结构，并且其物理机械特性、透水透气性较差，皮肤屏障、免疫、物质能量交换等功能与正常皮肤有较大差距。同时，部分产品的安全性及组织相容性也存在一定的问题，并且生物制品的制作周期长，价格昂贵，尤其是种子细胞的来源与扩增较困难，难以大规模产业化生产以获得治疗疾病所需的数量。而异体或者异种来源的生物制品有可能携带病原微生物，有着传播疾病的风险，所以目前组织工程皮肤的相关产品在临床上的应用仍受到很大限制。但随着生命科学、组织工程学及材料学的不断发展，尤其是近年来新出现的三维培养技术，为种子细胞的培养提供了载体的生长模式，为其更好地发挥生物学作用奠定了基础，相信不久的将来一定能构建出克服以上缺陷的并能真正应用于临床的组织工程皮肤。