皮膚組織工程支架材料的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展

支架材料在人工皮膚的構建中起關鍵作用，按化學性質可分為合成類和生物類。前者主要研究通過表面仿生技術開發(fā)具有生物活性的聚酯類支架材料；后者主要研究用交聯(lián)或與聚合物膜復合的方法來提高膠原的力學性能，用化學方法對殼聚糖進行改性，提高脫細胞真皮基質的滲透性和血管化速度。新的研究重點為：支架材料表面與細胞的相互作用機理、制備結構仿生支架材料及復合型支架材料。
關鍵詞：皮膚組織工程；支架材料；聚酯；殼聚糖；膠原

隨著組織工程二十幾年的發(fā)展，第三代生物材料的設計已經(jīng)逐漸成為研究主流，即從分子水平上控制材料與細胞間的相互作用，從而引發(fā)特異性細胞反應[1]。皮膚組織工程支架材料的研究及其優(yōu)選是人工皮膚的重要研究內容之一，按化學性質可將其分為合成類與生物類，它們各有優(yōu)缺點，現(xiàn)分別綜述其研究現(xiàn)狀及其發(fā)展并提出其新的研究重點。
2 合成類皮膚組織工程支架材料
目前，合成類支架材料中主要是聚交酯、聚內酯、聚羥基烷酸酯、聚碳酸酯類等聚酯類支架材料，其中聚乳酸（PLA）、聚L乳酸（PLLA）、聚羥基乙酸（PGA）、乳酸和乙醇酸的共聚物（PLGA）是研究的熱點，并已被美國FDA批準用于人工皮膚中[2]。Nam等人以碳酸氫銨為致孔劑制備出了高孔隙率的PLLA多孔海綿支架，其內部的貫穿孔平均尺寸約為200μm左右。他們還以二噁烷/水溶劑體系調控熱誘發(fā)相分離的各種參數(shù)制備出不同孔徑的PLLA、PLGA、PDLLA等支架材料[3]。美國Advanced Tissue Science公司以聚乳酸為支架材料，在其中培養(yǎng)新生兒包皮分離的成纖維細胞形成活性人工真皮TransCyte,并已經(jīng)FDA批準用于2~3度燒傷[4]。國內，王新文等人在多孔聚乳酸海綿中接種皮膚成纖維細胞構建組織工程真皮，觀察細胞在材料上的生長、增殖及分泌情況，實驗證明聚乳酸能支持皮膚成纖維細胞正常的生理代謝和分泌[5]。王身國等人通過分子設計，采用一定比例的乳酸（或丙交酯）與乙交酯、已內酯進行無規(guī)或嵌段共聚，合成了聚乙交酯－丙交酯（PLGA）、聚丙交酯－已內酯－聚乙二醇（PCLE）等聚酯類支架材料，經(jīng)本體和表面改性后其細胞親和性明顯提高[6]。
合成支架材料抗張強度高、降解速率和微結構容易在合成過程中控制，而且容易大規(guī)模生產(chǎn)，但其最大的缺點是缺乏細胞識別信號，不利于細胞粘附及特異基因的激活。隨著人們對細胞與細胞外基質相互作用的認識，人們已經(jīng)認識到整連蛋白在細胞與支架材料的粘附與遷移、細胞的生死和形貌等方面中起重要作用[7]。合成類支架材料新的研究方向是通過生物材料的表面仿生工程技術實現(xiàn)增強其細胞表面活性。如用一定的方法將細胞膜表面受體的特異識別位點(甘氨酸-精氨酸-天冬氨酸序列)即RGD序列接枝到合成材料表面，以增加合成支架材料表面的細胞生物活性[8]。
3 生物類皮膚組織工程支架材料
膠原凝膠和膠原海綿是經(jīng)典的人工皮膚支架材料，但它們的缺點就是力學性能差。美國Integra Life Science公司開發(fā)的人工皮膚產(chǎn)品Integra 的下層是2mm厚的牛膠原和氨基多糖多孔膜，上層是0.22mm厚的有機硅橡膠膜。這種產(chǎn)品已經(jīng)在3度或更重的燒傷治療中得到廣泛的臨床試驗，它能夠明顯縮短創(chuàng)面的愈合時間[9]。Organogenesis 公司研制的人工皮膚Apligraf是以牛肌腱膠原提取的膠原蛋白為支架材料，其中培養(yǎng)了成纖維細胞，它是具有雙層結構的人工皮膚，但缺點是力學性能差，不易于手術操作[10]。國內，楊珺等人用新鮮豬皮提取的膠原與硫酸軟骨素混合，經(jīng)真空干燥方法制備膠原海綿膜片，并以此為支架材料進行了表皮細胞的體外培養(yǎng)實驗，結果顯示人表皮細胞可以在此種膠原海綿支架材料上生長、增殖和融合成片[11]。人們對膠原膜的研究重點主要在用交聯(lián)或與聚合物膜復合的方法來提高它的力學性能，最近Sang Bong Lee等制備了含β-葡聚糖的膠原海綿，用1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亞胺交聯(lián)，并研究了它對成纖維細胞與表皮細胞生長情況的影響[12]。S.Suzuki等人將一層硅膠附在一層膠原海綿上制備的人工皮膚，厚度只有0.2mm就能達到較高的機械強度，且手術后引起的皮膚收縮較小。