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脫細(xì)胞真皮基質(zhì)體內(nèi)轉(zhuǎn)歸的研究進(jìn)展

脫細(xì)胞真皮基質(zhì)(acellular dermal matrix,ADM)是最近幾年興起的一種天然生物材料,最初用作真皮替代物,已有ADM在神經(jīng)外科、耳鼻咽喉、燒傷整形、牙周等學(xué)科領(lǐng)域的研究和應(yīng)用報(bào)道[1~4],但對(duì)于ADM異體移植后的最終生物學(xué)轉(zhuǎn)歸,存在較大爭(zhēng)議。本文著重就其異體移植后的生物學(xué)轉(zhuǎn)歸及其機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

1 ADM的結(jié)構(gòu)與特性

ADM在制備過(guò)程中去除了表皮和真皮中的細(xì)胞成分,僅保留真皮的不溶性基質(zhì)成分,具有低抗原性、快速血管化和一定的穩(wěn)定性。ADM[5]為規(guī)則的三維網(wǎng)狀支架,Ⅰ型膠原纖維占主要地位,構(gòu)成ADM的基本骨架;Ⅲ型膠原纖維減少至原來(lái)的一半;Ⅳ型膠原纖維和Ⅶ型膠原纖維幾乎消失。彈力蛋白明顯減少,層粘連蛋白損失較多,硫酸軟骨素消失殆盡,纖維連接素明顯減少,糖蛋白幾乎完整保存。

2 ADM的轉(zhuǎn)歸研究

ADM是無(wú)細(xì)胞的組織支架,植入受區(qū)給創(chuàng)面提供了足夠的真皮組織,即形成了一個(gè)理想的生物支架,引導(dǎo)新生血管長(zhǎng)入和上皮爬行,又大大減輕愈后疤痕形成和創(chuàng)面攣縮的程度。伴隨血管長(zhǎng)入和成纖維細(xì)胞遷移其中,宿主機(jī)體對(duì)ADM逐步進(jìn)行改建。

關(guān)于ADM的體內(nèi)結(jié)局,學(xué)術(shù)界持有兩種觀點(diǎn):①部分學(xué)者報(bào)道大約在4~6周時(shí)ADM的降解與成纖維細(xì)胞分泌的基質(zhì)量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,新生膠原纖維與ADM原有膠原網(wǎng)架并存,ADM被視為自體組織。Cummings等[6]觀察到術(shù)后6個(gè)月發(fā)現(xiàn)新生成纖維細(xì)胞、血管和膠原纖維貫穿ADM中,原有的彈性纖維仍有保留。Sclafani等[7]觀察ADM移植后1年,初始6個(gè)月ADM不斷被改建,面積不斷縮小,余下的6個(gè)月保持一個(gè)穩(wěn)定的量,不再有明顯變化。②多數(shù)學(xué)者認(rèn)為ADM在體內(nèi)逐漸被降解替代,最終完全替換為自體組織或相似組織,這一過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短不一。

Chaplin等[1]應(yīng)用ADM修復(fù)硬腦膜缺損,術(shù)后1個(gè)月時(shí)ADM已完全血管化, 3個(gè)月時(shí)ADM與周圍硬腦膜不易區(qū)分,達(dá)到臨床修復(fù)目的。Thakker等[8]采用ADM包裹羥磷灰石(HA)或多聚乙稀(PP)作眶內(nèi)植入物,15個(gè)月時(shí)HA組膠原纖維和血管大部分長(zhǎng)入,PP組有少部分長(zhǎng)入(主要在ADM附近);3個(gè)月時(shí)兩組膠原纖維與血管完全長(zhǎng)入,ADM與眶內(nèi)植入物密貼牢不可分,并與周圍組織融合,實(shí)現(xiàn)植入物的固位,這比單純采用眶內(nèi)植入物的固定要早和牢固。

Tark等[9]采用ADM復(fù)合角質(zhì)形成細(xì)胞修復(fù)豬全層皮膚缺損, 6個(gè)月時(shí)創(chuàng)面組織學(xué)觀察揭示成纖維細(xì)胞侵入支架中,血管網(wǎng)明顯,ADM上出現(xiàn)復(fù)層角化細(xì)胞,透明層形成,與正常皮膚在構(gòu)造上基本一致。Wei等[10]采用ADM增加附著齦高度,術(shù)后6個(gè)月ADM與游離齦及根部牙槽粘膜的分界不甚清楚,上皮層厚度中等,有角化,上皮與固有層交界面平坦,結(jié)締組織中包含濃密的膠原纖維和分散的彈性纖維,形態(tài)與層次基本等同于正常粘膜。謝衛(wèi)國(guó)等[11]觀察到6個(gè)月時(shí)發(fā)現(xiàn)ADM原有的疏松海綿狀結(jié)構(gòu)已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榕c正常真皮類似的結(jié)構(gòu)。Pahari等[12]應(yīng)用ADM延長(zhǎng)大鼠腸粘膜的長(zhǎng)度,取得滿意效果,術(shù)后6個(gè)月ADM皮片延伸為完整而堅(jiān)實(shí)的腸粘膜,二者在組織學(xué)上難以鑒別。Buinewicz等[13]使用ADM修復(fù)腹壁缺損觀察到術(shù)后8個(gè)月,ADM轉(zhuǎn)化為筋膜樣組織,與原先的筋膜發(fā)揮同樣的生理功能。Witt等[14]使用ADM修復(fù)大皰性表皮松解癥,1年后觀察膠原和彈性纖維成熟并按照正常皮膚形式排列,實(shí)現(xiàn)臨床愈合。Gaspar等[3]將ADM直接置于重度燒傷后暴露的骨面,表面再覆蓋半厚皮片,術(shù)后2年組織學(xué)觀察,上皮顯示正常的結(jié)構(gòu)和角化;在上皮與真皮連接處有中等數(shù)量的疏松膠原纖維;真皮深層為彈性結(jié)締組織,下方有成熟的薄片狀骨小梁,這表明此時(shí)ADM已完全轉(zhuǎn)化為致密的具有良好形態(tài)和功能的自體真皮組織。

Harper對(duì)應(yīng)用AlloDerm(商品化的ADM)修復(fù)腹壁和乳腺缺損的轉(zhuǎn)歸做了基礎(chǔ)性研究[15].①修復(fù)腹壁缺損:術(shù)后8個(gè)月(HE切片)ADM區(qū)域細(xì)胞和血管密度等同于腹壁筋膜,其與周圍筋膜的分界已不清楚,組織中膠原依然緊密和粗壯;Verhoeff's染色顯示ADM中有彈性蛋白。術(shù)后12個(gè)月(HE切片)ADM具有粗壯的膠原基質(zhì),排列整齊,細(xì)胞與血管分布等同于正常筋膜而有別于瘢痕;Verhoeff's染色顯示彈性蛋白網(wǎng)被重塑,形態(tài)與分布如同周邊筋膜。術(shù)后24個(gè)月,ADM與周圍組織完全融合(其辨認(rèn)通過(guò)手術(shù)標(biāo)記的永久性縫線),膠原纖維自然延伸向周圍筋膜的纖維網(wǎng),彈性蛋白已無(wú)法觀察到。②修復(fù)乳腺缺損:術(shù)后1年,ADM基底表現(xiàn)為真皮結(jié)締組織,細(xì)胞分布和血管網(wǎng)與正常結(jié)締組織相同;Verhoeff's染色顯示彈性蛋白,ADM支架與結(jié)締組織具有一致性。術(shù)后25年,HE染色與Verhoeff's染色都顯示ADM已成為包含有正常量細(xì)胞與血管的粗壯的結(jié)締組織,膠原纖維束按線性緊密排列醫(yī)`學(xué)教育網(wǎng)搜集整理。

3 ADM轉(zhuǎn)歸機(jī)制探討

組織再生需有三個(gè)關(guān)鍵因素:具有合適生物活性的致密支架以支持再生愈合過(guò)程;支架內(nèi)適量的生長(zhǎng)因子以促進(jìn)細(xì)胞分化、成熟和遷移;細(xì)胞對(duì)生長(zhǎng)因子和生物學(xué)刺激的反應(yīng)能力。ADM 內(nèi)含有大量精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽序列(Arg-Gly-Asp,RGD),該序列是許多細(xì)胞膜的粘附蛋白共同的識(shí)別標(biāo)志,在介導(dǎo)細(xì)胞與基質(zhì)、細(xì)胞與細(xì)胞之間粘附方面起著非常重要的作用。ADM支架植入后,通過(guò)止血作用使血小板激活系統(tǒng)觸發(fā)生長(zhǎng)因子和其他形態(tài)生成素的釋放,使其浸透沉積于膠原纖維間。RGD引導(dǎo)特殊的細(xì)胞粘附蛋白(可被成纖維細(xì)胞表面的整合素受體識(shí)別)進(jìn)入支架。通過(guò)粘附位點(diǎn)和蛋白酶活性相互作用,成纖維細(xì)胞向支架遷移。進(jìn)入支架內(nèi),成纖維細(xì)胞一方面合成細(xì)胞外基質(zhì)(主要是膠原纖維)和細(xì)胞因子增加支架活性,另一方面釋放膠原酶等分解基質(zhì)。在微環(huán)境的多種因素作用下,成纖維細(xì)胞重塑支架,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榕c受損前原始組織具有同樣功能和生理的組織。Buinewicz等[14]均觀察到ADM并不是僅停留于基質(zhì)狀態(tài),而是隨應(yīng)用部位不同被改建為適宜的組織。

成纖維細(xì)胞(fibroblast,F(xiàn)B)是創(chuàng)傷修復(fù)的工程師、建筑者和管理員,除組織改建外,F(xiàn)B對(duì)ADM還有多重作用。FB的快速移入,使ADM具有細(xì)胞活性,更加接近生理狀態(tài),可對(duì)移植環(huán)境作出反應(yīng);FB分泌的細(xì)胞因子可修飾ADM表面,提高ADM誘導(dǎo)創(chuàng)周血管內(nèi)皮細(xì)胞向內(nèi)移行的能力,促進(jìn)快速血管化;FB還可間接促進(jìn)表皮細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和基底膜形成,提高ADM的成活率。

基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是細(xì)胞外基質(zhì)改建的基礎(chǔ)酶家族。間質(zhì)膠原酶(MMP-1)是降解Ⅰ型膠原的主要酶。成纖維細(xì)胞遷移入ADM支架,在膠原纖維上爬行,受到Ⅰ型膠原的刺激釋放出MMP-1.MMP-1裂解Ⅰ型膠原為明膠(可被進(jìn)一步降解),直接參與ADM支架結(jié)構(gòu)蛋白的再塑形。MMPs的重要功能還在于分解細(xì)胞遷移的胞外基質(zhì)障礙物。通過(guò)裂解Ⅰ型膠原等,MMPs提供利于細(xì)胞遷移的物質(zhì),增加細(xì)胞與基質(zhì)的親和力,使支架周邊的角質(zhì)細(xì)胞眼膠原纖維向中央爬行,實(shí)現(xiàn)再上皮化覆蓋創(chuàng)面。推測(cè)MMP-2在這一過(guò)程中有更明顯的作用。Lindman等[15]將天然組鼠成纖維細(xì)胞和MMP-2缺乏組成纖維細(xì)胞分別置于ADM基底膜面適度孵育20 d,發(fā)現(xiàn)天然組浸透和降解ADM的能力顯著優(yōu)于MMP-2缺乏組(P<0001)。

ADM真皮面可引導(dǎo)新生血管長(zhǎng)入,短時(shí)間內(nèi)形成血管網(wǎng)。血管化是ADM組織改建的基礎(chǔ)和前提,也是ADM轉(zhuǎn)歸的重要組成部分。ADM的毛細(xì)血管為成纖維細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力,促進(jìn)了舊膠原的吸收,并轉(zhuǎn)運(yùn)膠原降解后的組織廢物;血管內(nèi)皮細(xì)胞也可產(chǎn)生膠原。這樣,血管網(wǎng)參與了膠原代謝的動(dòng)態(tài)平衡。成纖維細(xì)胞分泌多種細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子,可促進(jìn)血管化。Novaes等[16]觀察到復(fù)合成纖維細(xì)胞的ADM組移植2周時(shí)血管數(shù)量顯著高于單純ADM組(P<005),表明成纖維細(xì)胞可明顯促進(jìn)ADM的血管化,改良皮片功能。

4 問(wèn)題與展望

外傷、燒傷和腫瘤術(shù)后造成的組織缺損是外科系統(tǒng)常見病癥,組織缺損的修復(fù)是許多學(xué)者致力研究的課題,ADM的出現(xiàn)為組織缺損的修復(fù)提供了新的治療途徑。

ADM遵循組織再生規(guī)律的轉(zhuǎn)歸是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,受到諸多干擾。體內(nèi)復(fù)雜的微環(huán)境中何種因子或因素起主導(dǎo)作用尚不清楚;成纖維細(xì)胞是轉(zhuǎn)歸的基礎(chǔ)性細(xì)胞,如何提高維持其作用尚需要解決,如何保證組織再生的徹底性也需要進(jìn)一步努力。相信隨著研究的深入,上述問(wèn)題會(huì)逐漸得以解決。

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