胶原在皮肤组织工程中的应用

等产品， 其本质就是改良的胶原海绵， 由于可引导患者本身的 成纤维细胞和内皮细胞的长入， 因而在临床上取得了满意疗
［!、 "］ 效 。
原分解与合成。炎性浸润细胞如嗜中性粒细胞、 单核 * 巨噬细 胞对前 炎 症 细 胞 因 子 发 生 反 应 后 可 产 生 基 质 金 属 蛋 白 酶 （::D@） ， 血管平滑肌细胞在血管生长因子的诱导下产生其它 ::D@ 如 ::D7)。 "#$ 参与胶原降解的酶 蛋白酶降解胶原移植物受诸多因 素影响， 主要与胶原特性、 激发免疫反应的能力、 耐蛋白酶能
［R］ 脂上将尼龙织物包埋其中的胶原膜 。
左旋聚脯氨酸螺旋形成右手三螺旋结构， 增强胶原抵抗 蛋白酶消化的能力。原胶原分子内部的醇醛缩合反应， 使三 螺旋结构更加紧凑和稳定， 分子间的醛胺缩合反应， 使可溶性 原胶原变成不溶性胶原， 进一步稳定胶原结构， 增强胶原纤维 韧性， 对抗张强度有重要作用。但通过有机酸浸溶或胃蛋白 酶消化的方法， 可以消除交联， 解聚纤维， 获得组织工程中可 以方便应用的可溶性胶原单体， 而不影响胶原分子的三螺旋
［)］ ［)］
。
根据支撑物不同， 可将这种气液界面培养分成 % 类： （ +） 合成膜： 在生物膜即生物合成敷料上培养新生儿成纤维细胞， 可获得有活性的皮肤替代物， 临时覆盖烧伤切痂创面。目前 市售产品主要有 &,-./01’、 胶原 2’/304/056789 和 2’/304/056 ，
8: 8:
［5］ 结构的稳定性 。
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胶原海绵
胶原海绵一般通过冷冻和冻干胶原分散相
胶原的抗原决定簇主要在端肽， 其次是三螺旋结构， 通过 胃蛋白酶的消化和交联剂的交联作用， 可进一步减弱胶原的 抗原性， 而第 N 抗原决定簇是不定型的决定簇， 只在胶原变性
而获得， 由于大量孔道间的联系和结缔组织大分子的结合， 因 而促进创面组织的浸润。细胞在海绵中向内生长有赖于其多 孔性纤维结构。目前已可市场供应的有 S)’,$%":H 和 F,3")"1:H
［N］ 入 。
"
传统胶原敷料 在组织工程中， 胶原主要通过溶解和提纯， 再按适当的形
状重建和重新聚合材料。迄今为止， 在医学上应用的胶原敷 料主要有胶原膜和胶原海绵。 "#! 胶原膜 胶原膜是将胶原涂抹于异丁烯酸表面而获得。 动物实验表明， 这种胶原膜很少引起炎症反应， 并促进成纤维 细胞粘附。用 WQ 照射交联的胶原膜不会引起炎症反应。宿 主的糖蛋白快速渗入胶原膜， 并逐渐替代。由于胶原膜薄， 常 通过包埋尼龙织物进行加固， 便于操作， 在覆盖 ! 度、 " 度烧 伤创面中有明显的优势。近年来研发的 I(*-%"), 就是在硅树
［+%］ 力和分子间交联范围有关 。但也有研究发现皮下胶原移 ［+E］ 植物没有发现细胞浸润 。一般认为， 胶原或其前身由细胞
最近有学者在胶原海绵中加入其它因子， 促进伤口愈合。 如在胶原海绵中加入双丁酰环磷腺苷， 促进创面肉芽形成和 上皮化， 加快创面愈合 适宜的环境。 也有人在胶原膜和胶原海绵之间加入多种抗生素， 如硫 酸庆大霉素、 磺胺嘧啶银、 莫匹罗星等， 制成复合胶原敷料， 增 加疗效。 ! 组织工程皮肤替代物
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・ 综
述 ・
胶原在皮肤组织工程中的应用
鲁元刚 综述， 伍津津 审校 （第三军医大学大坪医院野战外科研究所皮肤科， 重庆 R666R5）
关键词： 胶原； 组织工程 中图分类号： U7>5VA ! 胶原的分子生物学 胶原是脊椎动物体内含量最丰富、 分布最广泛的一组硬 蛋白， 分子量约为 N66 666， 均可在细胞外形成超分子聚集物。 胶原在分子水平结构相同， 由 N 条富含甘氨酸、 脯氨酸和丙氨 酸的多肽链形成三螺旋结构， 缺乏半胱氨酸和色氨酸， 酪氨酸 含量也很低， 但含独特的羟化氨基酸 （羟脯氨酸和羟赖氨酸） 。 由于原纤维的方向性和成束直径及密度的不同， 不同组 织的胶原存在结构差异， 并具有各自的功能和结构特征。在 结缔组织中， 胶原除了机械支撑外， 还是细胞粘附和移动的重 要物质基础， 因此， 胶原被认为是胚胎发育和组织再生中重要
［+"、 ［+$］ +#］ 饰 、 “敲除” ， 获得更为理想的符合临床需要的组 :F9
作为成纤维细胞的生长基质充满于敷料的孔隙间。前 ; 种敷 料由于采用的是不可降解的合成复合膜， 因此， 在烧伤创面中 只能作为高级的生物敷料， 起到临时覆盖创面的作用， 而后者 由于采用的是可生物降解的聚乳酸纤维网， 移植于创面后基 本无炎症反应。 （;） 活性皮肤替代物： 在有成纤维细胞的收缩 胶原凝胶上培养角质形成细胞而获得。这种复合真7表皮皮 肤替代物在创面上存活后可使表皮紧密接合到真皮底物上。 基质多肽如 <=2 （精氨酸7氨基乙酸7天冬氨酸多肽） 的加入， 可促进成纤维细胞和角质形成细胞与周围基质的相互作用， 加速细 胞 粘 附 与 迁 移， 使细胞更特异地粘附到真皮底物
［%］ 利用胶原的支架作用、 高度可塑性 和对多种细胞如粒 ［#、 $］
， 同时， 也为创面的愈合提供更为
合成释放到细胞外， 然后在胶原分子螺旋部分的特定部位裂 解出 % 个酶链， 形成凝胶多肽， 在细胞外再被中性蛋白酶水解 或被白细胞或巨噬细胞吞噬， 在细胞内被溶酶体酶降解。 降解胶原的肽链内切酶主要分为 E 类： （ +） 金属蛋白酶； （;） 丝氨酸蛋白酶； （%） 半胱氨酸蛋白酶； （E） 天冬氨酸蛋白酶。 金属酶和丝氨酸蛋白酶在生理 ?F 条件下降解作用最佳。半 胱氨酸蛋白酶 （组织蛋白酶 &、 和天冬氨酸蛋白酶 （组 F、 G、 H） 织蛋白酶 2） 在酸性的细胞作用最佳， 但仍以吞噬胶原片段的 细胞内溶酶体发挥作用为主。随着环境改变， 蛋白酶可协同 消化胶原， 但重吸收中， 细胞内消化不占主导地位。 "#% 胶原降解的最终结局 不同的降解酶通过化学修饰或 浓度梯度的方式激活， 将变性的胶原移植物消化成可利用的 氨基酸。但为防止盲目损伤组织， 机体内也存在多种抑制剂， 调节蛋白分解，ຫໍສະໝຸດ Baidu如分布广泛的 " 局部存在的金属 ; 7巨球蛋白， 等。 蛋白酶组织抑制剂 （8I:DH） 化学交联胶原移植物对酶的消化相对稳定， 降解慢， 且降
后天然的交联仍以原有的方式分泌排出。 & 展 望 胶原， 这一人体内分布最为广泛、 含量最为丰富的超分子 蛋白， 除了机械支撑外， 还是机体内细胞粘附和移动的重要物 质基础， 并与胚胎发育、 组织再生关系密切。因此， 目前组织 工程经常利用胶原以上的特点， 通过不同的交联或组合， 在生 物材料骨架技术和三维培养系统的建立中发挥重要作用， 为 各种 “种子” 细胞的生长提供适宜的 “土壤” ， 并最终发育形成 具有特定形态功能的工程组织。 由于异体或异种胶原存在诱发自身免疫性疾病的可能 性， 因此有学者欲借免疫学和分子生物学的技术， 进行基因修
［++］ 上 。目前该类皮肤替代物中已有市售的是 >?(,4/05 （ =/0567
［>］ 的形态发生因素 ， 在组织工程中得到广泛应用。
文献标识码： L
文章编号： （566N） >AB>2@NR@ 6726A6?26N 时暴露。由于胶原极低的抗原性， 一般机体不对其产生慢性 排斥反应， 因而在组织工程中可以安全应用。 由于富含二氨基二羧基氨基酸碳水化合物， 胶原具有很 强亲水性， 十分适合种子细胞如成纤维细胞的粘附与生长。 而细胞表面存在类似纤连蛋白的糖蛋白， 对胶原表面的特定 区域有高度亲和性， 因此胶原移植物可吸引成纤维细 胞 进
（ ： 血管外科临床杂志， >???， A 5） A7 9 ［>R］林辉， 何巍， 郑陈光， 等 9 心脏不停跳法防止换瓣术后低 心排血量综合征的研究 ［ 8］ 9 中华实验外科杂志， >??@， >7 （>） ： RR 9 ［>7］陈林， 肖颖彬， 王学峰， 等 9 浅低温体外循环心脏跳动中 手术矫治先心病合并重度肺动脉高压 ［ 8］ 9 第三军医大 学学报， （7） ： 566>， 5N 767 9 ［>A］陈林， 肖颖彬， 王学峰， 等 9 先心病心脏不停跳下心内直 视手术 （附 777 例报告） ［ 8］ 9 心肺血管病杂志， 566>， 56 （>） ： >A 9 ［>B］刘邕波， 况竹生， 熊荣生， 等 9 浅低温心脏不停跳心内直 ［ 8］ 心肺血管病杂志， （>） ： 视手术 >>? 例的报告 9 566>， 56 >A 9 ［>@］陈林， 肖颖彬， 王学峰， 等 9 先天性心脏病心脏停跳和不 停跳下心内直视手术的临床分析 ［ 8］ 9 第三军医大学学 报， （>>） ： 5666， 55 >67A 9 ［>?］程伟， 肖颖彬， 陈林， 等 9 浅低温和中低温体外循环在婴 幼儿心脏外科的比较 ［ 8］ 9 第三军医大学学报， 5666， 55 （>>） ： >>6N 9 ［56］H,)"#1+, F9 K,. #’%,’,$(,# () ME*1"%<("3 !%,#,%4"’(*) ［ 8］ 9 ;/%% （A） ： T!() ;"%<(*3， >??B， >5 76R 9
［+!］ 解速度与交联的程度和性质有关 。胶原移植物完全消化
细胞、 巨噬细胞和成纤维细胞的趋化作用， 许多学者在三维重 建真皮替代物中应用了胶原材料， 给种子细胞的粘附、 移动和 增殖提供支撑。 &’(( 等在加有成纤维细胞的 ! 型胶原上培养角质形成 细胞并融合成皮片， 成功地用该凝胶封闭全层创面。通过细 胞和胶原的相互作用， 重建胶原， 同时， 细胞在生长过程中合 成大量的促进创面愈合的粘多糖。用戊二醛交联的人胶原制 备的皮肤替代物， 渗透性更好， 角质形成细胞在胶原底物上生 长， 经过气 * 液界面培养后表皮细胞分化更广泛， 更接近于原 组织