最新皮肤组织工程生物材料研究进展

皮肤组织工程生物材料研究进展
摘要：现在，越来越多的生物材料涌现出来，并且应用到了很多领域，它给我们带来了很多便利，也让我们能够拥有更健康的身体。

皮肤组织工程生物材料的发展是其中一个正在高速发展的方面，其中发展最快的就是人造皮肤工程了。

关键词：皮肤组织工程生物材料人造皮肤支架材料种子细胞
生长因子
一、皮肤
（一）、结构
皮肤是人体最大的器官，由位于表层的表皮和位于深层的真皮组成，借皮下组织与深部的结构相连构成一个完整的屏障结构，一些部位有毛发、皮脂腺、汗腺和指甲等表皮衍生的皮肤附属器。

此外，皮肤中还有丰富的血管、淋巴管，肌肉和神经。

它是人体面积最大的器官，是人体与外部环境相接触的屏障，具有排泄、感觉、防止水分蒸发，调节体温，免疫等重要功能。

（二）、皮肤组织工程发展之因
皮肤对人体的重要性不言而喻，然而在现实生活中，常会因为烧伤、创伤等原因造成皮肤的缺损。

任何直径大于4cm的全层皮肤缺损，人体将无法通过自身来完全愈合。

在这些情况下，就需要一种合适的创面修复材料来促进伤口的愈合。

组织工程皮肤在临床上已经使用了25年，为大面积皮肤损伤患者的康复带来了诸多益处，可以从根本上解决皮肤修复问题，因而具有良好的发展前景。

二、皮肤组织工程
目前最成功的的组织工程产品是人工皮肤，并且已经商业化，但现在的人工皮肤并不具备完整的皮肤结构和功能，没有达到人工重建皮肤的目的。

皮肤组织工程的原理是将种子细胞与适当的支架材料相结合，构建皮肤替代物，然后移植于创面，从而达到修复皮肤的目的。

（一）、种子细胞
增加皮肤附属器，提高人工皮肤的完整性，提高毛细血管和神经末梢的长入速度等是今后皮肤组织工程研究的重点。

Colin A B Ja ho da发现真皮鞘细胞在正常情况下除了具有生长毛发的作用，在真皮受损后还能被激发出参与创面修复的潜能，认为这对提高创面修复愈合质量与减轻疤痕具有重要意义。

随着细胞生物学，组织工程学的快速发展，人们逐渐认识到表皮干细胞在皮肤形成过程中所起的重要作用，皮肤的多层表皮结构通常是由表皮干细胞再生而来，因此，表皮干细胞就是解决这一问题的关键。

理论上，完全可以利用表皮干细胞构建出新型的，具有完整的表皮、真皮和皮肤附属器的组织工程皮肤。

各国在皮肤干细胞上面的研究不断取得突破。

1、Chris tell Cora u x在含有骨形态形成蛋白和抗坏血酸盐的胶原膜细胞外基质中培养鼠胚胎干细胞，发现在角质细胞层下有系统形成的成纤维胞层，并且与正常的胚胎皮肤具有相似的结构形态，这个实验说明能利用胚胎干细胞进行体外重建全层皮肤。

2、最近美国加州大学的研究人员发现老鼠的皮肤底层的干细胞含量与骨髓中的含量相当，这些干细胞在组织工程皮肤的研究中有诸多潜在的可能性。

旧金山V A医学中心的研究员成功的在老鼠的皮肤细胞中观察到干细胞存在的现象，目前他们正试图把这个存在比例相当低的干细胞纯化出来，希望能发展出治疗伤烫皮肤移植病人的新方法。

相信不久的将来，皮肤干细胞技术在人工皮肤上
的应用必然取得重大突破。

（二）、支架材料
支架材料不仅为种植细胞提供生长、迁移、增殖和分化的环境, 还决定着移植后皮肤替代物能否与机体很好的适应, 因此支架材料在皮肤组织工程的构建过程起十分重要的作用。

目前支架材料主要两大类, 一类是人工合成材料, 另一类是天然生物材料。

与人工合成材料相比,天然材料具有无法比拟的优点: 一方面, 天然材料直接取自生物体内, 有良好的生物相容性和生物可降解性, 且降解产物无毒副作用; 另一方面, 天然生物材料本身就具有相同或类似于细胞外基质的结构, 可促进细胞黏附、增殖和分化。

1、胶原类天然材料
胶原蛋白又称胶原 , 是动物体内含量最丰富的蛋白质, 广泛存在于脊椎动物的结缔组织、皮肤和肌腱中。

胶原本身包含的细胞黏附信号肽序列, 可以介导细胞特定的识别, 有利于细胞的黏附和生长。

胶原抗原性低, 降解产物不会引起不良反应, 已成为应用最广泛的天然生物材料, 胶原应用于皮肤组织工程具有独特的优势。

在皮肤组织工程的研究中, 胶原类支架主要以两种形式构建: 一为胶原凝胶支架, 一为胶原海绵支架。

（1）Ehrmamm 和Gey 将真皮成纤维细胞与胶原溶液、酸性溶液、培养基等混合, 首先构建出胶原凝胶真皮替代物。

在此基础上,Bell 在含有成纤维细胞的凝胶上滴加表皮细胞, 构建全层皮肤替代物, 并将该皮肤替代物成功移植到创口, 封闭创面。

（2）胶原海绵支架中大量孔隙, 有利于细胞的长入和创面组织的浸润。

纯胶原支架易降解, 过早失去应有的支撑作用, 故人们将胶原与其他天然材料复合使用以增加力学性能。

在20 世纪80 年代早期, 有学者率先应用牛Ⅰ型胶原与硫酸软骨素制备了多孔的海绵支架, 表面涂有机硅胶, 构建人工皮肤替代物。

随后Boyce 等简化了制备方法, 提高了机械强度, 并使支架的形状、大小、厚度可调。

（3）Park以胶原与透明质酸交联, 构建collage HA 海绵支架, 并将抗生素及细胞生长因子加载于支架上, 以期促进伤口的愈合。

实验表明: 含有妥布霉素的Collagen HA 在体外保持抗生素活性96h 以上。

而体内实验表明,含有妥布霉素并加载细胞生长因子的Collagen HA 支架, 可分别在移植7-14d 显著提高创口的愈合速度。

2、纤维蛋白类天然材料
（1）纤维蛋白原是一类水溶性血浆糖蛋白, 在凝血酶的作用下, 生成纤维蛋白, 经Ⅷ因子催化聚合, 纤维蛋白分子交联聚合形成纤维蛋白凝胶。

在皮肤组织工程的研究中, 胶原应用支架的构建主要是得益于胶原为真皮的主要成分, 具有天然的抗张性。

与胶原应用原理不同, FG 参与创面愈合过程, 通过释放血小板衍生生长因子和转化生长因子Ⅷ, 促进表皮的增生, 组织的修复。

（2）FG 来源于血液制品的冷凝沉淀, 造价昂贵, 制备过程繁琐, 这在一定程度上限制了其应用范围。

Llames 应用血浆凝胶为支架自体细胞构建组织工程皮肤, 并应用于临床治疗大面积烧伤患者, 取得良好效果。

血浆凝胶制备的原理是在钙离子的作用下, 血浆中的纤维蛋白原聚合成纤维蛋白, 从而形成凝胶, 为种子细胞提供三维生长环境。

与PG 相比较, 血浆材料造价低、方法简便, 全血浆具有更多的活性因子, 故血浆材料有望在皮肤组织工程的研究中发挥广阔的应用空间。

3、壳聚糖类天然材料
壳聚糖及其衍生物是一类天然聚阳离子多糖,自然界分布广, 结构类似硫酸软骨素。

由于壳聚糖降解生成的寡糖能够促进表皮细胞和血管内皮细胞的增殖, 加快创面愈合, 体内移植无炎症和变态反应, 在皮肤组织工程中显示出广泛的应用前景。

（1）用N甲酰化壳聚糖制成的人工皮肤透气性好, 渗透性好, 对创面治疗方
便而有效。

（2）杨军等利用患者自体正常皮肤培养、扩增表皮细胞, 接种于壳聚糖一明胶膜, 构建成表皮细胞膜片; 断层削除患者增殖性瘢痕, 将膜片移植于创面, 适度加压, 术后10d, 30d, 90d 行大体观察、组织学检查、术后随访, 结果显示:创面愈合时间为（16. 2 ±15） d, 移植膜片存活良好, 结构较完整, 90d 随访, 无明显瘢痕增生, 疗效肯定。

4、除了上述中的天然支架材料，还有合成材料。

（1）、目前，合成类支架材料中主要是聚交酯、聚内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸酯类等聚酯类支架材料，其中聚乳酸、聚L乳酸、聚羟基乙酸、乳酸和乙醇酸的共聚物是研究的热点，并已被美国FDA批准用于人工皮肤中。

国内王新文等人在多孔聚乳酸海绵中接种皮肤成纤维细胞构建组织工程真皮，观察细胞在材料上的生长、增殖及分泌情况，实验证明聚乳酸能支持皮肤成纤维细胞正常的生理代谢和分泌。

（2）、王身国等人通过分子设计，采用一定比例的乳酸与乙交酯、已内酯进行无规或嵌段共聚，合成了聚乙交酯－丙交酯、聚丙交酯－已内酯－聚乙二醇等聚酯类支架材料，经本体和表面改性后其细胞亲和性明显提高。

（三）、生长因子
从目前国内外实验研究和临床应用的报道来看，许多工作仍是初步的，美国FDA也仅仅是将表皮细胞生长因子和成纤维细胞生长因子批准进入Ⅱ期临床试用。

伍津津等人的实验表明表皮细胞生长因子能显著促进毛乳头细胞、真皮鞘细胞和成纤维细胞的生长。

龙剑虹等人研究了重组人表皮细胞生长因子对植皮创面成活的影响。

三、总之，皮肤组织工程生物材料的发展还是相当快的，相信它能给我们带来更美好的生活，让我们共同为了这个目标而努力吧！
文献：高分子材料科学与工程美国李效军陈立功姚康德
组织工程相关生物材料北京姚康德尹玉姬
生物医学材料学天津徐国风顺汉卿
新型双层皮肤组织工程支架构建厦门任磊张其清
纤维蛋白凝胶立体培养诱导血管样结构的形成
国内徐迎新吴仕和阎锡蕴
组织工程化表皮片的构建及其在增殖性疤痕治疗中的应用
上海杨军杨光辉刘伟
组织工程学原理与技术西安金岩。