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编号:10219065
无细胞真皮基质的研制
http://www.100md.com 《中国实用美容整形外科杂志》 2000年第2期
     作者:贾生贤 金曙雯 陈玉英 张蕙心 花兰女 史济湘

    单位:贾生贤 金曙雯 花兰女 史济湘(上海第二医科大学附属瑞金医院上海市烧伤研究所 200025);陈玉英 张蕙心(上海第二医科大学生物物理教研室)

    关键词:无细胞真皮基质;基底膜复合物;AlloDerm

    实用美容整形外科杂志000202 摘要 目前治疗大面积深度烧伤的方法是刃厚自体皮移植,后者因缺乏足够的真皮成分,常常造成瘢痕和挛缩。因此,研制一种含有足够量真皮成分的永久性皮肤替代物将具有很大的临床意义。将异体(或异种)皮用高渗盐溶液处理以去除表皮,去污剂处理以去除真皮中细胞成分,得到一种无细胞真皮基质。经光镜和透射电镜观察证实,它去除了表皮全层和真皮中所有细胞成分,保留了完整的基底膜复合物,胶原束结构和排列保持正常,弹力纤维亦正常存在。与AlloDerm相比,无细胞真皮基质具有以下主要优点:①由于延长去污剂的作用时间,真皮中残留的细胞成分被完全清除,因此制得的真皮基质更为理想;②AlloDerm用同种异体皮制备,而无细胞真皮基质除用同种异体皮外,亦可用异种猪皮制备,因此来源广泛,价格低廉。
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    The preparation of an acellular dermal matrix

    Jia Shengxian Jin Shuwen Chen Yuying, et al.

    (Affiliated Ruijin Hospital, Shanghai Second Medical University Shanghai Burn Institute 200025)

    Abstract The treatment of extensive deep burn wound is mainly by transplantation of split thickness skin autograft. But the inadequecy of dermis makes the wound healed with scarring and contracture. A permanent skin replacement with sufficient amount of dermis will be of clinical interest. An acellular dermal matrix was prepared from allogenic or xenogenic skin by removing epidermis with a hyperosmotic salt solution and excluding cellular components in dermis with a detergent solution. Under light and transmission electron microscope, the acellular dermal matrix was a kind of matrix with intact basement membrane and normal structure and organization of collagen and elastic fiber, but without any epidermis and cellular components in dermis. The acellular dermal matrix had some main advantages over AlloDerm: ①Because of prolongation of detergent action processing, the remaining cellular components in dermis were completely removed. So the dermal matrix prepared by this way was more ideal. ②AlloDerm was made of allogenic skin, while the acellular dermal matrix could be made of xenogenic porcine skin which has the benefit of wide source and low price.
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    Key Words Acellular dermal matrix, Basement membrane complex, AlloDerm

    真皮为皮肤提供牢固的机械保护并决定它的外观特征,在愈合、生长、抗菌和防御外伤方面起主要作用。研究表明保留基底膜(或其主要成分Ⅳ型胶原)的真皮基质对表皮细胞的分化成熟和移植皮肤的外观和功能起着相当重要的作用[1]。成年哺乳动物的真皮破坏后或缺乏时是不能再生的,在非全厚皮植皮时如果创面上缺少真皮基质 ,来自创面基底的成纤维细胞最初合成不成熟的基质 ,取代与全厚皮相比所缺乏的那部分真皮,此基质成熟后即变为瘢痕[2]。而瘢痕增生的程度与植皮真皮的厚度(更严格地讲是植皮真皮厚度占供皮区全层真皮厚度的百分比)成反比[3]

    在大面积深度烧伤,供皮区须反复取皮,不允许取较厚的自体皮;而且取厚皮将使供皮区瘢痕愈合,因此即便在小面积深度烧伤,若非用于重要的功能部位或面部,也应尽量避免取较厚的皮。因此,研制一种含有足够量真皮成分的永久性皮肤替代物将具有很大的临床意义。
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    本文报告异体(或异种)皮经系列处理,制成无细胞真皮基质(简称真皮基质),分为异体真皮基质和异种真皮基质两种, 经监测证明实为一种理想的真皮替代物。

    1 材料与方法

    1.1 制备 将深低温(-60℃)保存的异体皮或低温(-18℃)保存的辐照猪皮[4]在无菌条件下进行以下系列处理:首先,在37℃外用消毒生理盐水中复温并清洗三遍;修剪成5cm×7.5cm~10cm×20cm大小后,平整贴在消毒铝制饭盒底上,表皮面向上,其上再平铺两层与皮肤同样大小的纱布;加入1M氯化钠溶液(或称高渗盐溶液)160ml,(37±2)℃,作用24~48小时,然后吸除盐溶液,轻轻撕去表皮;再加0.5%十二烷基硫酸钠(简称去污剂Ⅰ)或0.5%TritonX-100(简称去污剂Ⅱ)160ml,20~26℃(或室温),作用24小时;吸除去污剂Ⅰ(或Ⅱ),用D-Hanks液冲洗两遍;最后,吸除D-Hanks液,加足量含三抗(或四抗)的D-Hanks液,保存在4℃冰箱中备用。
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    1.2 监测 分为形态学观察和微生物监测两方面。

    分别在异体(或异种)皮开始处理前、去污剂中处理1小时和24小时后留取标本,每一标本分为三份,分别固定在Carnoy液、中性福尔马林和2.5%戊二醛中。前二者为光镜标本,常规制成石蜡切片,分别作HE、PAS、Van Gieson胶原纤维(简称VG染色)和Weigert弹力纤维染色,然后置普通和偏光显微镜下观察。后者为电镜标本,常规制成超薄切片,在HITACH 500透射电镜上观察。

    在无细胞真皮基质制备结束时,留取标本置营养肉汤中37℃培养24小时,然后取肉汤样本于血琼脂平板上划线,37℃培养24小时,如细菌培养结果阳性则丢弃该真皮基质,阴性则继续培养24小时观察。同时,取贮存液样本于血琼脂平板上划线培养,处理同上。

    2 结果

    2.1 形态学观察 去污剂Ⅰ处理1小时后的异体(或异种)真皮基质,光镜下显示表皮已完全被除去,胶原纤维粗细、排列规则一致,真皮中仍可见许多不同程度受损的细胞和少量受损的皮肤附件(如汗腺等)和血管(图1,3)。
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    图1 去污剂处理1小时后的异体真皮基质(HE×10)可见表皮已被完全去除,其中仍可见少量完整细胞和较多细胞碎屑,并可见少量受损的汗腺

    图3 去污剂处理1小时后的异种真皮基质(HE×40)其中仍可见少量完整细胞

    去污剂Ⅰ处理24小时后的异体(或异种)真皮基质,光镜下HE染色显示胶原纤维粗细、排列仍规则一致,真皮中已不见任何细胞成分,包括完整细胞和细胞碎屑,不见任何皮肤附件或血管,但可见细胞去除后留下的许多空隙(图2,4)。PAS染色显示在真皮乳头层表面有一薄层均一而深染的非丝状物质。VG染色显示胶原纤维结构、排列均正常,唯染色稍变浅。Weigert弹力纤维染色显示弹力纤维丰富,粗细一致,排列规则。偏光显微镜下见基底膜不显示双折光,胶原纤维显示粗细、排列规则一致且较强的双折光,与处理前相比无明显差别。
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    图2 去污剂处理24小时后的异体真皮基质(HE×20)其中已不见任何细胞成分,但可见许多小空腔和细胞轮廓

    图4 去污剂处理24小时后异种真皮基质(HE×40)其中已不见任何细胞成分,但可见许多小空隙

    电镜下,去污剂Ⅰ处理24小时后得到的异体(或异种)真皮基质,可见在其乳头层表面有清晰而连续的基底膜,胶原纤维致密,排列规则,可见到细胞去除后留下的空隙,未见任何细胞成分(图5,8)。更高倍下,基底膜的微细结构较为清晰,可见致密层以及从致密层向外垂直伸出的锚着细丝,同时也可清晰地看到从致密层向内垂直伸出的锚着纤维(图6,9)。胶原纤维的67nm周期性横纹清晰可见,并发现异体真皮胶原纤维较异种为细。真皮基质中均可见弹力纤维(图7,10)。
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    图5 无细胞异体真皮基质(透射电射×7300)可见其乳头层表面有清晰而连续的基底膜,胶原纤维致密,排列规则,并可见细胞去除后留下的空隙(箭头所示)

    图6 无细胞异体真皮基质(透射电镜×20000)可见基底膜的微细结构较为清晰,致密层上有锚着细丝垂直伸出,致密层下可见锚着纤维

    图7 无细胞异体真皮基质(透射电镜×15000)可见其中弹力纤维正常存在,右上方为纵横交叉的胶原纤维,后者67nm周期性横纹清晰可见

    图8 无细胞异种真皮基质(透射电镜×8000)其乳头层表面可见清晰而连续的基底膜,胶原纤维排列致密规则,并可见细胞去除后留下的两个空隙
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    图9 无细胞异种真皮基质基底膜的微细结构(透射电镜×17000)

    图10 无细胞异种真皮基质中弹力纤维(透射电镜×10000)

    去污剂Ⅱ与Ⅰ处理得到的异体(或异种)真皮基质在形态学上无明显差别。两者去除细胞作用强度相近,去污剂Ⅱ亦需作用24小时才能将真皮中所有细胞成分去除。

    2.2 微生物监测 所有无细胞异体(或异种)真皮基质标本和贮存液样本微生物培养均为阴性。

    3 讨论

    我们采用高渗盐溶液去污剂法[2,5]制备无细胞真皮基质。该法原理为高渗盐溶液使锚着细丝与表皮基底细胞的半桥粒分离开来,从而完整地去除表皮,然后在未改变胶原束结构或损害基底膜的情况下,用去污剂将细胞成分从真皮中提取出来。通过观察比较两种去污剂作用不同时间后得到的真皮基质结构,我们发现无论选用去污剂0.5%十二烷基硫酸钠或0.5%TritonX-100,均需作用24小时才能将真皮中细胞成分全部去除。我们就把去污剂处理24小时后得到的产物称为无细胞真皮基质(简称真皮基质)。经过普通光镜(包括特殊染色)、偏光显微镜和透射电镜观察证实,无细胞异体(或异种)真皮基质去除了表皮和真皮中所有细胞成分,在真皮乳头层表面保留了完整、清晰且连续的基底膜,保留了锚着纤维,真皮中胶原束结构、排列保持正常,弹力纤维亦正常存在。
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    当前,各国烧伤工作者普遍认识到治疗烧伤仅达到创面上皮化已远远不够,必须努力探索应用更合理的方法,使植皮区最终取得与全厚皮移植相同或相近的结果,尤其在重要的功能部位。用机械或酶消化法去除表皮后得到的异体(或异种)天然真皮移植于切(削)痂后的烧伤创面[6],因其含有一定的抗原成分将产生急性或慢性排异反应,造成创面愈合后的瘢痕形成,外观和功能不太理想。由Yannas和Burke合作研制成的人工皮(商品名为Integra),其“真皮”成分是牛皮胶原与硫酸软骨素经戊二醛交联而成的泡沫基质,均匀分布,具一定大小孔径的微孔利于创面基底成纤维细胞和毛细血管的长入,具一定的生物降解率使其降解与自体真皮的合成相一致[7]。Integra初步临床应用获得满意效果,可惜商品化后出现质量问题,且价格昂贵。有的认为人工皮(Integra)中的真皮替代物新生血管重建后产生的组织不像正常真皮,而更像肉芽组织;而且,烧伤创面与人工皮之间易发生血肿和感染[8]。由培养的自体表皮细胞和重组胶原(内含培养的成纤维细胞)组成的复合皮[9]尚未在临床取得满意而可信的结果。由于天然真皮中主要抗原成分是一定数量的细胞,而其主要组成成分胶原蛋白的抗原性是很微弱的,因此,人们又将改善植皮区外观和功能的希望寄予去除细胞成分后的天然真皮。
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    文献报道有三类不同的方法可达到皮肤完全无细胞化。第一类是平衡盐溶液法[10]。该法是指在37℃磷酸缓冲盐溶液(PBS)中,使皮肤内源性蛋白酶激活,辅以其它理化方法,如高浓度甘油浸泡,冷冻融化循环及γ射线照射等,清除皮肤中全部细胞成分。第二类是酶消化法[8]。指在4℃或37℃条件(据此又可分为冷消化和热消化法)下,利用外源性蛋白酶作用(如胰酶或DispaseⅡ),辅以其它理化方法,如组织培养液浸泡和去污剂处理等,达到皮肤无细胞化。第三类前已述及,称为高渗盐溶液去污剂法[2,5]。第一、二类方法由于主要利用了蛋白酶的作用,将难免使真皮中胶原蛋白和基底膜受损,同时或存在处理时间过长(数周),或处理过程过于复杂,如需辅以冷冻融化或γ射线照射等,而不宜于采用。

    无细胞真皮基质与国外同类产品AlloDerm[2,5]相比,有以下主要优点:①延长了去污剂的作用时间,使残留的细胞成分得以完全清除,因此得到的真皮基质更为理想;②AlloDerm用同种异体皮制备,而无细胞真皮基质除用同种异体皮外,亦可用异种猪皮制备,因此来源广泛,价格低廉。因为这些优点,相信无细胞真皮基质将在临床上取得比AlloDerm更满意的结果,并有望取代AlloDerm。
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    国家自然科学基金课题,批准号:39290700

    参考文献

    1.Tinois E, Tiollier J, Gaucherand M, et al. In vitro and posttransplantation differentiation of human keratinocytes grown on the human type Ⅳ collagen film of a bilayered dermal sustitute. Exp Cell Res, 1991, 193: 310.

    2.Wainwright DJ. Use of an acellular allograft dermal matrix(AlloDerm) in the management of full-thickness burns. Burns, 1995, 21(4): 243.
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    3.Corps BV. The effect of graft thickness, donor site and graft bed on graft shrinkage in the hooded rat. Br J Plast Surg, 1969, 22: 125.

    4.冯世杰. 皮肤保存. 见: 许伟石主编. 烧伤(临床袖珍手册). 上海医科大学出版社, 1996, 120~125.

    5.Wainwright DJ, Madden M, Luterman A, et al. Clinical evaluation of an acellular allograft dermal matrix in full-thickness burns. JBCR, 1996, 17(2): 124.

    6.Schiozer WA, Hartinger A, Henckel G, et al. Composite grafts of autogenic cultured epidermis and glycerol-preserved allogenic dermis for difinitive coverage of full-thickness burn wounds: case reports. Burns, 1994, 20(6): 503.
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    7.Burke JF, Yannas Ⅳ, Quinby WC, et al. Successful use of a physiologically acceptable artificial skin in the treatment of extensive burn injury. Ann Surg, 1981, 194(4): 413.

    8.Takami Y, Matsuda T, Yoshitake M, et al. Dispase detergent treated dermal matrix as a dermal sustitute. Burns, 1996, 22(3): 182.

    9.Copper ML, Hansbrough JF. Use of a composite skin graft composed of cultured human keratinocytes and fibroblasts and a collagen-GAG matrix to cover full-thickness wounds on athymic mice. Surgery, 1991, 198~207.

    10.Ghosh MM, Boyce SG, Freedlander E, et al. A simple human dermal model for assessment of in vitro attachment efficiency of stored cultured epithelial autografts. JBCR, 1995, 16(4): 407.

    (收稿:1999-09-30), 百拇医药