《生物材料》课件 第10章 组织工程化皮肤

1、生物材料第十章 组织工程化皮肤10.1 引言10.2 皮肤的解剖生理学10.3 组织工程皮肤10.4 组织工程皮肤的临床应用10.5 展望第十章 组织工程化皮肤10.1 引言10.2 皮肤的解剖生理学10.3 组织工程皮肤10.4 组织工程皮肤的临床应用10.5 展望10.1 引言组织工程皮肤是由细胞或细胞外基质或由两者共同结合组成的皮肤产品，是应用生命科学和工程学的原理与技术将种子细胞与适当的支架材料相结合构建出的用于修复、维护和改善损伤皮肤组织功能和形态的生物替代物。从结构来分，可以分为三类: 一是培养的表皮膜; 二是真皮替代物; 三是具有表皮、真皮的复合皮替代物。10.1 引言皮肤组织工

2、程学目的是创建出组织学及功能特性上最接近人类皮肤组织的皮肤替代物，尽管目前已经有多种较为成熟的组织工程皮肤产品应用于临床，并且又研制了多种人工皮肤类型，但是它们大多数只是在结构上与人体皮肤类似，只具有皮肤的屏障功能，由于缺乏皮肤附件，所以它们并不具备完整的皮肤功能，并没有达到真正的皮肤重建。10.1 引言理想的皮肤替代物应具有表皮层和真皮层，真皮层可以快速的血管化和神经再分布，可促进快速的生理性的伤口修复；表皮层可以快速地获得充分的屏障和保护功能，与伤口创面充分一体化。10.1 引言一种良好的真皮载体除了应具备较好的组织相容性外，还必须具有一定的理化性能，如强度、柔软度、弹性、透气、透湿性能，

3、才能保证真皮和创面贴附良好，为细胞生长提供理想的纤维支架，从而促进自体皮生长。组织工程皮肤应用前景良好，但目前在生物相容性、皮肤功能重建等方面仍存在各种问题需要解决。第十章 组织工程化皮肤10.1 引言10.2 皮肤的解剖生理学10.3 组织工程皮肤10.4 组织工程皮肤的临床应用10.5 展望皮肤的结构及其生理功能 一、皮肤的解剖： 1、皮肤的构成：由表皮、真皮、皮下组织及其 间的附属器构成。2、表皮真皮的相连接：表皮脚与真皮乳头镶嵌 而成，由基底膜带连接。3、皮肤的面积：成人：1.52 m2，新生儿0.21 m24、皮肤的厚度：表皮真皮0.54 mm表皮0.041.6 mm，平均0.1 m

4、m真皮13 mm5、皮肤的重量：占体重的16%6、皮肤的颜色：因种族、年龄、性别，部位 及营养不同而异。 7、皮纹、指纹 指纹由遗传因素决定有个体差异。皮沟 Skin groove皮嵴 Skin ridge8、无毛皮肤：指掌跖、指趾屈面及末节伸面、 唇红、乳头等处的皮肤。 9、有毛皮肤：毛囊、长毛、短毛和毳cu毛。10、皮肤的血管、淋巴管、神经、肌肉。11、皮脂腺、小汗腺、顶泌腺。 二、表皮的结构及功能： 表皮（epidermis）：主要来源于外胚叶层 由角质形成细胞：分为45层细胞树枝状细胞黑素细胞朗格汉斯细胞默克尔细胞组成（一）角质形成细胞（Keratinocyte）： 占表皮细胞的80%

5、以上，产生角蛋白，细胞间有细胞间桥（桥粒），依其分化的不同阶段与特点，光镜下分为5层： 1、基底层或生发层（stratum basale or germinatum）：位于表皮的最下一层立方形或圆柱状细胞，嗜硷性、核偏下方含有黑素颗粒分布于细胞核上方。基底层细胞每天约有10%进行核分裂并有序地渐渐向表面移行。由基底层移行至颗粒层最上层约需14日，再移行至角质层表面脱落又需14日，共约28日，称为表皮通过时间或更替时间。基底层与基底膜带之间靠半桥粒连接，表皮半桥粒与真皮之间靠基底膜带连接。基底层具有防紫外线损伤、吸收、代谢及免疫作用。透明层（板层素）致密层（型胶原）致密下层（型胶原）基底层半桥粒

6、基底膜带真皮 2、棘层（Stratum spinosum）：由410层多角形有棘突的细胞组成，细胞内有许多有包膜的颗粒叫角质小体。细胞浆内张力细丝束附着于桥粒上。 3、颗粒层（Stratum granulosum）：一般为24层梭状细胞内含嗜硷性的透明角质颗粒，沉积于张力细丝之间，细胞核和细胞器均将在此层溶解。具有防水屏障作用。 4、透明层（Stratum lucidum）：仅见于掌跖，为23扁平、无核、嗜硷、界不清、紧密相连的细胞。有防止水和电解质通过的屏障作用。5、角质层（Stratum corneum）： 表皮最外一层为520层已死亡的、无核无细胞器的、扁平细胞。其上部的桥粒消失而易脱落

7、，而下方角质细胞间尚可见桥粒。此层于掌跖处最厚；眼睑、额部、四肢屈侧、包皮最薄。具有对机械性刺激、物理、化学因素的防护作用。 （二）树枝状细胞： 1、黑素细胞（melanocyte）：起源于外胚层神经嵴，分布于基底层、毛囊和粘膜，约占基底层细胞的10%。细胞核小，树枝状突起伸向邻近的基底层细胞和棘细胞，输送黑素颗粒，形成表皮黑素单元。含有酪氨酸酶的细胞器称黑素小体。其数目与大小决定了皮肤颜色的种族差异。同一个人的面、乳晕、腋、外阴部黑素小体数目较多。 具有遮挡和反射光线，保护深部组织免受辐射损伤的作用。 2、朗格汉斯细胞（langerhans cell）：来源于骨骼，为免疫活性细胞，分布于基底

8、层以上的表皮内，约占表皮细胞的35%，核分叶或弯曲，有较多的线粒体、高尔基复合体、内质网、溶酶体，其特征是胞浆含朗格汉斯颗粒（Birbeck颗粒）是消化外来物的吞噬体或抗原贮存形式。朗格汉斯细胞有多种表面标记，具有吞噬、处理、传递抗原的能力，故称为专职性抗原递呈细胞。具有免疫作用。 3、默克尔细胞（merkel cell）：位于基底层细胞之间，以桥粒相连，含有神经内分泌颗粒，其细胞基底部与脱髓鞘的神经末梢之间有非桥粒型连接，形成Merkel细胞轴索复合体（Merkel cellneurite complex），能感受触觉。多见于掌跖、指趾无毛皮肤、毛囊的外毛根鞘、口腔粘膜及生殖器粘膜。具有感觉

9、作用。 三、真皮（dermis）的结构与功能： 1、来源于中胚层，不同部位厚薄不一，眼睑 最薄为0.3 mm。 2、分为乳头层：与表皮突呈犬牙交错样相接， 含毛细血管、毛细淋巴管、游 离神经末梢和囊状神经小体网状层：较厚，有较大的血管、淋巴 管、神经、肌肉、皮肤附属 器及较粗的纤维3、由 组 成纤维：胶元纤维（最丰富、交织成网、勒性大， 但无弹性）网状纤维（嗜艮、幼稚的胶元纤维）弹力纤维（较细、缠绕在胶元纤维之间）弹性基质（主要是蛋白糖为成份，形成分 子筛立体结构，可进行物质交换并有 利吞噬）细胞：含成纤维细胞，肥大细胞，巨噬细胞， 真皮树枝状细胞，朗格汉斯细胞，噬色素 细胞，淋巴细胞，白细胞

10、。4、具有：抵御外界冲击力支撑皮下组织 储存水、电解质及血液有调节体温的 作用。 四、皮下组织（Subcutaneous tissue）： 由疏松的结缔组织与脂肪小叶构成；上接真皮，下连肌膜；含有血管、淋巴管、小汗腺和顶腺等，其厚薄因营养、年龄、性别、部位而不同。有软垫作用和防止热量散失的作用。 五、皮肤附属器 （一）毛发与毛囊（hair and hair follicle）： 1、毛发（Hair）：由角化上皮细胞构成，分三层分为髓质：皮质：毛发的主体，含大量色素颗粒。毛小皮毛干毛根毛球毛乳头：含结缔组织、神经 末梢、血管毛基质：是毛发和毛节的生 长区，有黑细胞毛发生长周期：受遗传、健康、营养

11、和激素水平影响长毛（头发、腋毛阴毛）： 生长期（3年）、退行期（3周）、休 止期（3月） 正常人每天脱落头发的同时再生70 100根 头发生长速度约0.270.4 mm/日，50 cm/3年短毛（眉、睫毛）：生长期2个月。2、毛囊（hair follicle）：位于真皮和皮 下组织内。 由 组 成分为内毛根鞘：外毛根鞘：结缔组织鞘：上段下段：基部和球部组成漏斗部：毛囊口 脂腺开口处峡部：皮脂腺开口 立毛肌附着处分鞘小皮、赫胥黎层、享勒层，其中鞘小皮和毛小皮结构相同，即角化细胞。数层细胞构成，相当于表皮的棘层和基底层。内层：玻璃膜相当于基底膜带中层：致密结缔组织外层：疏松结缔组织（二）皮脂腺（S

12、ebaceous gland）： 由腺泡和短的导管构成，为全浆腺。除口腔粘膜、唇红部、乳晕、包皮内侧、大小阴唇等处的皮脂腺直接开口于皮肤以外，均开口于毛囊上部。 除掌跖、指趾屈面以外，广布全身，以头、面、颈、躯干中线上部、腋、外阴部较集中，称为皮脂溢出部位。 排浅皮脂润泽毛发和皮肤；皮脂腺内寄生菌（棒状杆菌、糠秕孢子菌）的脂酶，将皮脂中的甘油三酸脂分解成脂肪酸，能抑制部分细菌和真菌。 （三）小汗腺（eccrine gland）： 为单曲管状腺，为导管和分泌部组成。除唇红部、包皮内则、龟头、小阴唇及阴蒂外，广布全身，以掌跖、额部、腋窝最多。开口于表皮；排出汗液（含水及部分电解质）以调节体温。 （

13、四）顶泌汗腺（apocrine sweat gland）： 原称大汗腺，为大管状腺体，常开口于毛囊（皮脂腺开口的上方）。主要分部于腋窝、乳晕、脐窝、会阴。肛周等，外耳耵聍腺、眼睑的睫腺为顶泌汗腺变异。顶泌腺主要受性激素影响，青春期分泌旺盛。新鲜分泌液为乳状无气味，经空气中细菌分解即产生臭味称腋臭；其分泌液成份受遗传因素而定，有人可有狐臭。 （五）甲（nail）：多层紧密的角化细胞构成。 甲板（nail plate）为外露的部分，其下 为甲床（nail bed）甲根（nail root） 为深入近端皮肤内的部分，其下为甲母质 （nail matrix）是甲的生长区。 甲半月（nail lunul

14、a）是近甲根部的淡 色半月状区。 甲生长速度：指1cm/3月，趾1cm /9月。 正常甲板是淡红、光滑、平整、有光泽。 六、皮肤的生理功能 （一）保护作用： 1、机械性损伤2、物理性损伤3、化学性损伤4、微生物的防御作用：5、防止体液过度丢失 正常皮肤（干燥、弱酸性）， 常驻菌（葡萄a、棒状b、肠道 b、念珠菌、糠秕）不致病。皮脂腺内寄生的痤疮b.糠秕孢 所含酯酶将皮脂中的甘油三脂 分解为游离脂肪酸可抑制葡萄 a、链a、念、糠秕。青春期皮脂腺分泌不饱和脂肪 酸可抑制小孢子菌使白癣自愈。（二）吸收作用：通过角质细胞及其间隙、毛囊、皮脂腺或汗管来吸收外界物质。角质层越薄处吸收作用越强。角质细胞含水

15、多，吸收量就大。外界物的性质可影响吸收，如有些与脂肪酸结合成脂溶性的物质易吸收。 （三）感觉作用：有触、压、痛、温；干、湿、光滑、粗糙、软、硬等感觉。 （四）分泌和排泄作用：汗腺、顶泌汗腺、皮脂腺的分泌排浅。（五）调节体温的作用：汗液蒸发、血管舒张、皮表辐射蒸发、皮下脂肪隔热等。（六）代谢作用：糖、蛋白质、脂类（7-脱氢胆固醇+紫外线VD）、水与电解、黑素代谢（被强酸性水解酶降解） （七）免疫作用：皮肤免疫系统细胞成分：免疫分子：角质形成细胞，淋巴细胞，朗格汉斯细胞，血管内皮细胞，肥大细胞，巨噬细胞，成纤维细胞细胞因子、免疫球蛋白、补体、神经肽等 皮肤是全身免疫系统的一部分。第十章 组织工程化

16、皮肤10.1 引言10.2 皮肤的解剖生理学10.3 组织工程皮肤10.4 组织工程皮肤的临床应用10.5 展望10.3 组织工程皮肤表皮膜真皮替代物复合皮替代物组织工程皮存在的问题 和最新研究10.3 组织工程皮肤表皮膜真皮替代物复合皮替代物组织工程皮存在的问题 和最新研究10.3 组织工程皮肤1975 年，在Rheinwald 和Green 建立了表皮角质细胞培养技术和中性蛋白酶Dispase 被发现以后，人们取患者的正常小块皮肤经体外分离，培养表皮角质细胞，待其融合后形成薄层状的表皮皮片，这也是最初的组织工程化人工皮肤；1981 年，人工表皮首次进入临床使用；1986 年，我国也开始临床

17、使用。10.3 组织工程皮肤Stein 和Hefton 等用预先体外培养的人异体表皮角质细膜片移植于深度烧伤创面，皮片成活并未出现排斥现象。Stein 和Hefton 等用预先体外培养的人异体表皮角质细膜片移植于深度烧伤创面，皮片成活并未出现排斥现象。体外培养表皮膜的技术的应用，缓解了临床皮肤供体不足的问题。10.3 组织工程皮肤人工表皮膜移植后，可在自体或异体创面存活一段时间，缩短创面愈合时间，限制体液丢失，防止细菌感染，但是由于缺乏真皮组织，人工表皮的柔韧性、弹性和机械强度都较差，容易破溃和感染，移植几个月后，创面疤痕较多，挛缩明显，其外观和功能均不如自体分层皮肤移植，这就需要建立在人工表

18、皮下建立真皮结构，为表皮提供机械支持和营养。10.3 组织工程皮肤表皮膜真皮替代物复合皮替代物组织工程皮存在的问题 和最新研究10.3 组织工程皮肤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重要作用，使用合适的真皮代用品能提高长期耐受力10.3 组织工程皮肤脱细胞真皮基质( acellular dermal matrix，ADM) 天然生物材料研究应用最多的是脱细胞真皮基质，真皮移植所发生的免疫排斥主要源于其细胞成分，经系列处理去除新鲜异体或异种皮肤中的表皮成分，再对真皮层进一步处理，保留正常的胶原三维结构及基底膜的真皮支架，抗原性降低，不容易被降解，抗

19、感染能力强，与培养的自体皮肤形成复合皮，其效果相当于厚的自体皮移植，起到永久覆盖的作用，临床应用于烧伤、瘢痕切除创面取得良好效果。10.3 组织工程皮肤人工聚合材料真皮替代 Integra 是Burke 和Yannas 等在1980 年设计的一种真皮替代品，由牛胶原纤维与6-硫酸软骨素C构成的海绵状网络，外层为薄硅胶膜，起“表皮”作用，移植后内层逐渐降解，患者自体内皮细胞和成纤维细胞长入形成新的真皮结构，两三周后揭去硅胶膜，可在新生真皮组织上移植薄层网状的自体皮片。 Dermagraf 系列属于合成网膜材料，是把新生儿的成纤维细胞培养在聚乳酸纤维网上的一种人工聚合材料，它可于三至四周后降解，临

20、床上用于治疗烧伤及溃疡创面获得成功。10.3 组织工程皮肤 Biobrane 外层结构为硅胶膜，内层为尼龙纤维网，网眼中充满胶原，但仅适用于供皮区和浅度烧伤创面，可以减轻疼痛，创面愈合美观。使用Biobrane 的住院时间和治疗时间明显缩短且未发生感染等并发症。 还有透明质酸及其加工产品: 透明质酸是细胞外基质的重要成分，广泛存在于动物组织细胞间质、眼玻璃体和皮肤中，调节渗透压、调控大分子物质的转运、在细胞周围形成物理屏障以及调节细胞功能等，在创面愈合过程中，透明质酸促进表皮移行和分化，改善血管形成，加强胶原产生。10.3 组织工程皮肤表皮膜真皮替代物复合皮替代物组织工程皮存在的问题 和最新研

21、究10.3 组织工程皮肤 皮肤再生过程中，角质细胞和成纤维细胞之间的相互作用，可以促进创面愈合，限制瘢痕形成，加速患者自身皮肤再生，因此，理想的皮肤替代物应同时修复表皮和真皮组织，使其相互诱导，尽可能的恢复皮肤的功能和外观。10.3 组织工程皮肤Apligraf 是由Organogenesis 公司生产的第一个商品化的真正的组织工程产品，为具有表皮层及真皮层双层结构的皮肤替代物，系采用异体成纤维细胞接种于牛胶原凝胶中形成细胞胶原凝胶，1周后接种角质细胞，浸没培养4 天，角质细胞融合成片，然后进行气液界面培养12 周，即为Apligraf。Apligraf 尽管含有异体的细胞和蛋白质，但不会引起宿主明显的免疫反应，可能是因为组织工程化皮肤不涉及引起免疫应答的细胞。Apligraf 还可产生细胞因子和生长因子，该材料已用于难治性溃疡及急性皮肤缺损，是安全有效的治疗方法。但Apligraf 存在着制备工艺复杂，在创面维持时间短等问题。10.3 组织工程皮肤表皮膜真皮替代物复合皮替代物组织工程皮存在的问题 和最新研究10.3 组织工程皮肤尽管目前已有的组织工程化皮肤，已具有与正常皮肤类似的结构及屏障功能，应用于临床取得了一定疗效，但距离想的组织工程皮肤尚有不少差距。10.3 组织工程皮肤 理想的组织工程化皮肤应具备(考): (1) 能覆盖并封闭皮肤缺损创面，被受体永久接受和