文摘
人类皮肤满足重要的屏障,感觉,和免疫函数对健康和生物完整性作出了重大贡献。广泛皮肤损伤需要立即治疗和报道因为巨大的皮肤失去培养病原体的入侵,导致临界流体损失,并可能最终导致死亡。因为皮肤是一个高度免疫活性的器官,自体移植是唯一可行的方法永久关闭一个广泛的皮肤伤口。尽管tissue-saving自体移植技术的发展如网和温顺的移植,治疗方案为广泛的皮肤损伤仍然极其有限。然而,皮肤也是一个丰富的干细胞和祖细胞来源。这些细胞在生理条件下促进伤口愈合和潜在来源的组织工程方法旨在增强移植组织通过生成培养表皮缺损(cea)。在这里,我们审查自体组织工程策略以及基于烹饪和干细胞移植的产品。我们进一步提供临床试验领域活动的概述和讨论相关的转化和使用这些产品相关的临床挑战。
1。介绍
皮肤是最大的人体器官之一。除了重要的感官功能,形成一个有效的屏障,为生物完整性至关重要。皮肤盾牌的生物有害的环境影响或感染和维护适当的液体平衡。也是最immune-active器官和宿主细胞的元素的先天和适应性免疫系统立即攻击病原体,他们应该设法跨越物理和化学屏障所提供的表皮。
巨大和广泛的皮肤损伤超过皮肤的再生能力,代表一个重大威胁到整个有机体,需要及时有效的治疗。此外,广泛的皮肤损伤经常与热损伤导致烧伤此外损害皮肤再生。最后,皮肤的再生能力也会随着年龄的增长而减少,这可能需要干预支持老人的伤口愈合。
另一方面,皮肤表现出一个巨大的再生潜力。独特的干细胞和祖细胞位于皮肤及其附属物(如头发灯泡和汗腺)(1- - - - - -4),足以对抗在生理条件下光和温和的皮肤损伤。这些细胞群自1970年代以来对再生医学的方法来克服传统的皮肤移植技术的局限性。许多治疗策略已经被彻底开发潜力促进伤口愈合或替换不可逆损失的皮肤区域。因此,这些治疗策略已经先进到临床领域。在这次审查中,我们总结使用烹饪和干细胞和产品的进步和监控过去和最近的临床试验领域的活动。我们还在翻译和临床使用识别潜在的挑战,未来的研究需要解决的增加有利于患者从复杂的皮肤伤口。
2。传统的嫁接技术和移植
2.1。自体皮肤移植
自体皮肤移植技术可以用来覆盖大部分皮肤缺损(5,6]。为此,皮肤是来自另一个身体的领域相同的病人和扩大了剪切和拉伸过程之前伤口覆盖(网状或温顺移植物移植)。尽管必不可少的治疗严重的和大的皮肤伤口,传统自体程序有一些重要的局限性。首先,自体皮肤移植诱导二次创伤病人的皮肤,这本身是重要的在处理更大的损伤。第二,大量的皮肤损伤造成烧伤,激进的酸性和碱性化学物质,或身体压力会导致损伤太大,无法有效地治疗。第三,可以受损局部血液供应,防止生理皮肤再生或移植。后者是在慢性糖尿病溃疡或老年人。
2.2。同种异体
克服与自体皮肤移植相关的一些问题,从其他人类皮肤(异体)甚至是不同的物种(异种移植)。传播传染病的风险不能被完全排除在这些方法7),但很小在现代良好生产规范(GMP)条件下,同种异体由良好的细胞系。任何移植是低温贮藏,因此可作为现成的产品。同种异体移植物低温贮藏前应用效果相似的临床结果相比,新移植移植到皮肤溃疡(8]。然而,并没有长期移植的主要组织相容性复合体(MHC)和血液type-mismatched同种异体(9]。同种异体通常拒绝后平均14.5天,急性皮肤移植物抗宿主病的迹象组织学调查,但异常也被报道10]。而不是移植,移植可能因为身体伤口关闭以及刺激内源性皮肤再生。
另一种方法来减少免疫反应颗粒生物材料的使用。一个例子是Alloderm®,同种异体脱细胞真皮胶原纤维组成的产品和粘多糖由硅层(11]。产品优先应用于更深的伤口。这个人工真皮不仅防止液体蒸发损失和伤口,还诱导细胞增殖和血管生成。这些过程可持续支持自然真皮再生(12]。其他的例子在广泛的临床使用,游离异种的产品,如Matriderm®和Integra®(13,14]。
这样的生物材料也可以结合活细胞,帮助伤口愈合。Stratagraft®是一个产品来自一个人类角化细胞永生化细胞系,尼克(普通不朽的角化细胞),形成一个顶层真皮纤维母细胞矩阵。另一个例子是Apligraf®,胶原蛋白矩阵包含人类新生儿包皮角质细胞和成纤维细胞,这表明高增殖能力和可能稍微更好的免疫档案。虽然Stratagraft主要是用来治疗烧伤的伤口,Apligraf用于治疗腿和糖尿病足溃疡。表皮同种异体移植到慢性溃疡改善reepithelialization从伤口边缘和皮肤附件,增加肉芽组织,促进重建的基底膜8,10,15]。
3所示。烹饪和干细胞
克服免疫问题和稀缺的皮肤可用性、细胞分离出小体外皮肤活检可以传播和培育生物材料覆盖皮肤上的伤口。这些材料被称为培养表皮缺损(cea)。cea是例如来自unpurified表皮细胞培养被认为包含表皮干细胞。
3.1。表皮干细胞
第一个人类表皮角化细胞的体外培养形成epidermis-like组织是在1975年报道的(16]。混合细胞群包含表皮干细胞(epi-SCs)应用于1980年代和1990年代对第二和第三级烧伤患者。多个cea的累计面积达1.9米2(表1)获得些小健康皮肤活检(17]。尽管化妆品这些早期的研究结果还不是最优,伤口愈合明显改善。相比传统治疗病人,减少伤口表面加速皮肤再生是更持久和稳定18- - - - - -20.]。
cea的临床使用情况,但替代应用方法也存在。一种方法是准备一个暂停自体epi-SC-derived角质细胞。这种悬架喷射在大型燃烧或慢性伤口愈合受损(21]。的过程是充分的作为一个独立的治疗小-和中等大小的,肤浅的伤口。它极大地提高了伤口愈合,减少瘢痕形成。方法是,然而,不适合大型和/或更深的伤口的治疗通常需要额外的网状或温顺的移植。在逻辑上和通过化妆相关优势的喷涂方法引起的伤口皮肤活检本身可以喷雾处理。
3.2。头发Follicle-Derived上皮干细胞
头发follicle-derived上皮干细胞(hf-SCs)从生长期毛囊中获得。从这些细胞cea生成用于治疗慢性伤口(主要是静脉溃疡),已经申请了超过20年(22,23]。商业化的自体产品基于hf-SCs叫EpiDex®是自2004年以来在临床使用。大约4周需要培养大量直径约1厘米的小EpiDex光盘(表1)。有趣的是,捐助者(病人)年龄没有对细胞增殖的影响(24和的总体疗效的方法。EpiDex一般是应用于小型和中等大小的慢性伤口展示造粒但不是reepithelialization。2004年和2008年之间的长期研究执行显示EpiDex治疗诱导完成伤口愈合在3 4例的九个月监测时间内(24]。
4所示。cea的临床使用
第一个移植人类cea在1980年进行了一系列临床病例(25]。两个病人患有局部和全层燃烧身体表面积的80%和40%,分别是用厚皮移植治疗和epi-SC-derived cea。两者之间的直接比较移植方法没有说明移植物收缩的差异或脆弱。虽然相比有差异存在于正常皮肤,再生皮肤传播从伤口边缘导致类似的组织组织学(25]。
cea的耐久性是进一步证明了两种情况下,儿童遭受烧伤后继续存活至少20年移植培养自体等价物在1980年代早期(26,27]。此外,女性烧伤受害者经历正常怀孕尽管cea腹部移植生长在一个纤维蛋白矩阵(28]。这表明cea不仅提供组织替代和体内平衡,但也可以成长和适应机械应力,决定性的功能改善移植后的生活质量,特别是在年轻患者。
基于烧伤患者早期的成功,伯恩斯评估以外的各种可能的应用。例如,皮肤缺损后脓皮病gangrenosum [29日),切除先天性痣(30.),连体婴儿分离产生的很大的伤口上的左侧胸和腹部墙(31日)以及白癜风(32)和慢性腿部溃疡(33与cea)治疗。此外,自体法的交叉的表皮松解治疗大疱(杰布)是在2006年报道的。逆转录病毒载体表达cea LAMB3 cDNA用于生产转基因杰布病人。移植的移植导致表皮附着和完全功能。没有并发症的报道1年随访期间(34]。Lenti——和逆转录病毒载体以及ϕC31 integrase-based基因修正方法也追究(隐性)营养不良的表皮松解大疱(35- - - - - -38]。第七转染epi-SC-derived cea展出正则分布类型的胶原蛋白以及正常表皮分化和形态对异种的至少12个月(human-mouse)移植模型(38]。使用这种逆转录病毒载体是目前正在进行的临床研究(NCT01263379)。在最近的一个单一大小写的临床干预,儿科病人患有严重的危及生命的杰布是用基因治疗纠正表皮表来自4厘米2自体皮肤活检(39]。结果非常令人鼓舞和治疗有可能被广泛应用的概念。
目前,只有一些商业上可用cea市场。其中包括Epicel®(美国Vericel),刚®(Avita医疗、英国),和MySkin®(英国Regenerys),后者是一个未经授权的药品。Epicel准备一张和MySkin单细胞悬液。都是在GMP条件下产生的。刚不是电池产品,但设备准备single-skin活检的细胞悬液直接在诊所。暂停是喷在损伤区。
4.1。cea的好处
cea的主要优势相比传统的皮肤缺损治疗复杂或慢性伤口是它不需要第二个皮肤伤口,它本身可以容易疼痛等并发症,感染,延迟愈合,疤痕形成40]。为此,头皮是一个有利的皮肤源,因为它包含丰富的毛囊(导致更好的上皮形成)和任何潜在的疤痕可以覆盖相对容易。活检过程良好的耐受性和避免更大的二次创伤38]。Epi-SCs通常是通过皮肤活检在局部麻醉的情况下获得的,而hf-SCs收购毛囊拔不需要麻醉。
移植后,病人只需要固定不久,如果[23]。原因之一是cea导致略薄但更弹性表皮形成。此外,应用cea减少伤口收缩:与传统方法相比,和肥厚性疤痕形成不太频繁41]。伤口只显示最小收缩,但在处理时保持良好的组织的灵活性epi-SCs种植在fibrinogen-derived蛋白胶、纤维蛋白原、纤连蛋白和因素十三世。因此,这种方法是特别可行区域密集和/或复杂的机械应力(28),如眼睑、手指或脚趾。此外,epi-SCs栽培的纤维蛋白原矩阵提供的胶形成一个稳定的细胞层,这是在移植容易处理,显示了优异的附着力伤口表面(42]。结合异体移植也是可能的,顶部硅层Alloderm可以删除,取而代之的是东航(43]。
4.2。临床试验活动的概述
实现概述在cea的应用最近的活动,我们进行了文献和数据库搜索“http://pubmed.gov/”和“http://clinicaltrials.gov/”。搜索词提供了补充表1。我们的搜索显示155年临床试验和单一大小写的报告被执行,在1981年和2016年出版。烹饪和干细胞及相关产品被用于临床试验和单一大小写的治疗(图1)。早期的临床活动报道在1990年代和1980年代主要是单一大小写的报告。第一阶段(安全)的研究在1990年左右开始出现。研究包括二级或主要疗效端点(第四阶段II)进行了自2005年以来,指示步进式发展和测试方法的发展和产品。
值得注意的是,新一期临床试验尚未推出了自2013年以来,和相当比例的临床研究没有按计划完成。特别是,只有12个40(30%)上市的研究”http://clinicaltrials.gov/”已经完成了最初的目的。另外13个(32.5%)的研究仍然活跃,有11个研究(27.5%)目前招募病人。总数的15个研究(37.5%)终止,撤回,或者一个未知的状态。这意味着至少三分之一的研究没有按计划执行。此外,一些没有完成的研究结束招聘指定的病人数量;因此,目前尚不清楚剩下的11个研究目前招收患者可以按计划完成。
短缺的研究在过去几年可能表明干细胞的潜在挑战阻碍临床实现皮肤再生的方法。在接下来的段落中,我们将重点介绍研究未被满足的需求,反映这样的挑战在皮肤伤口治疗使用cea。
5。未满足研究需求和挑战
5.1。临床前研究
结果从体内模型通常不可以完全转移到临床实验皮肤病学和伤口愈合的情况。这部分是由于种间差异。小鼠皮肤相比,代表最受欢迎的体内模型实验皮肤病学,例如,人类有更厚的表皮和真皮层包含更多细胞。此外,人类皮肤表皮包含更少但更大的毛囊而interfollicular wider-spaced [44,45]。人类皮肤也展览网脊和一些基本的免疫系统差异(44- - - - - -46]。例如,人类和小鼠的表面蛋白hf-SCs不一致47]。
在啮齿动物伤口愈合皮肤收缩是一个重要的特性,但没有观察到人类,从而可能导致过高的治疗效果与人类患者(48]。开发了一系列措施来应对这些影响在动物模型中,包括使用室或聚丙烯环和引起强直性痉挛网格移植到皮肤缺陷影响伤口收缩(49- - - - - -51]。缝合伤口边缘底层组织也可以执行稳定缺陷(52]。尽管这些技术是有效预防皮肤萎缩啮齿动物,他们干扰伤口愈合过程,因此不能完全弥补跨物种的偏见在临床前体内伤口愈合的研究。一种选择是使用大型动物模型确定的研究。猪皮肤更类似于人类和猪模型可能会在转化研究提供有价值的优势(53]。然而,大型动物研究的总数在伤口愈合,即使包括周边地区的皮肤再生研究,仅局限于一些关键的出版物(54- - - - - -56]。这可能部分是由于大型动物研究的总体成本上升和努力(57]。然而,使用更先进的体内,或者或者,体外伤口愈合模型更加充分鼓励代表人类皮肤病理生理学。
5.2。东航生产和治疗费用
东航的主要缺点之一是3到4周的生产时间相对较长(表1),这是有问题的,当治疗大型和复杂的皮肤伤口。为了解决这个问题,可以应用一个两步的伤口治疗方法。最初,一个同种异体移植物移植为伤口覆盖一个中间外部障碍,获得所需的时间代患者CEA缺损,随后移植。
相对较高的成本与cea的使用防止广泛的应用提出了另一个挑战。在1990年代晚期,治疗身体的表面面积的1%烧伤后估计成本600美元cea培养纤维蛋白和1350美元培养自体特殊塑料(58),和成本可能进一步增加。每平方厘米的成本与明确的移植和伤口关闭儿童计算是6520美元左右。类似治疗成人更昂贵(13000美元),与报道的移植率仅为4.6%,成人质疑这种治疗方法的成本效益(59]。日常保健费用自体表皮移植治疗烧伤患者达4500美元,显然超过常规治疗的费用(3500美元)(59]。治疗费用高,造成的不可缺少的部分,但劳动密集型和昂贵的手工GMP生产,因此相关方面至少部分解释了为什么cea干细胞还没有经常和广泛应用。手动GMP生产出一个相对较小的产品输出(28]。整体高生产成本只能覆盖如果cea和持续的高要求,但通常仍在预期的需求。这也许可以解释经常观察皮肤再生公司的破产(60]。步进式实现自动化技术的生产链可能有助于降低整体生产成本。另一种简化,将利用现场细胞隔离程序从自体皮肤或皮下的脂肪组织,但是它需要表明,诊所的治疗结果比较有前途的临床前数据(61年目前使用cea)和结果。
另一方面,成本效益研究儿童与大量的燃烧,在1990年代后期,进行显示,燃烧网站处理培养移植相比显示更广泛疤痕形成网状移植治疗(62年]。这可能证明治疗尤其是年轻的病人,即使与cea与再住院治疗。此外,患者cea不得不接受更多重建程序在第一次治疗后两年(62年]。虽然良好的临床经验是(63年),最近的和详细的成本核算EpiDex治疗小腿溃疡仍然报道重要的治疗费用。然而,EpiDex的直接比较和厚皮移植一个平均治疗导致一个更好的成本效益EpiDex。价格为一个EpiDex圆盘直径1厘米相当于480美元,根据伤口面积,需要6 - 12盘每次治疗(24]。
不过,Epidex从市场消失后最终的供应商,Euroderm,于2014年破产。原始制造商,Modex疗法,融合IsoTis,公司从2002年的荷兰。伤口护理组合被卖给足协制药(美国)一年后。然而,没有伤口护理产品2017年的官方足协制药网页。
5.3。挑战和并发症的临床使用
在烧伤病人自体表皮移植治疗后常见的并发症包括高失败率,丰富的疤痕,和脆弱的皮肤覆盖64年]。临床上,脆弱的皮肤覆盖体现在水泡和可能是由于推迟dermoepidermal结形成(59]。然而,患者主要并发症是相似cea或传统的嫁接技术59]。
一个主要和到目前为止尚未解决的问题是可变移植率。嫁接可以并发伤口感染25,42,65年),取决于伤口的大小和深度。年龄也可能影响嫁接速度,一些研究报告年轻患者表现出更高的移植率(65年,66年]。治疗伤口需要仔细的中小学伤口覆盖以防止贪污位移或损坏。此外,cea可以表现出的角化过度65年]。
5.3.1。感染
并发感染被认为是移植失败的主要原因,因为cea的第一个应用程序25]。事实上,伤口感染是最常见的不良反应在一个试验评估商用产品EpiDex溃疡治疗(24]。这些感染是目前治疗全身性抗生素或局部抗菌剂和防腐剂(详情见药物相互作用)。
成功治疗感染并不影响后续上皮形成(67年),但一些细菌引起的并发症,甚至要求再接枝于移植失败。例如,铜绿假单胞菌破坏了厚皮移植以及表皮缺损(30.,68年]。同样的,葡萄球菌haemolyticus引发贪污破坏和并发出血的治疗位置,这在某些情况下甚至可能导致死亡(28]。
此外,移植失败也可以由“融化graft-wound综合症引起的。“这综合征的特点是通过增加损失的上皮愈合烧伤口,以前非议贪污或施主能级,缺乏系统性感染的迹象,和无炎症或蜂窝组织炎的周围皮肤69年]。链球菌物种可能是上皮细胞损失负责,但情况没有细菌表现也被报道(63年]。因此需要进一步调查这一现象(70年]。
一个精心准备的伤口床和适当的移植(有效的感染控制是重要的先决条件58),反映在商用产品的应用笔记。例如,Apligraf不得用于感染溃疡(71年]。原因之一使感染较低灌注cea脆弱的贪污。因此,策略增强血管化和增加供应以及免疫防御能力在伤口区域移植需要开发(49]。
5.3.2。药物的相互作用
潜在的药物相互作用通常应用于患者皮肤赤字和临床相关的移植材料。如上所示,感染是东航的应用程序的一个常见问题,还会损坏或破坏贪污。
角化细胞上接枝层最重要的细胞群移植物功能。这些细胞保护底层组织免受环境影响。因此,一些局部抗菌物质用于对抗常见的感染患者一直在测试培养角质细胞在移植移植评估潜在毒性。氨基糖甙类、大环内酯类/ lincosamides、糖肤和多肽对角质细胞发挥细胞毒性的影响,与细胞毒性增加顺序列出。此外,nonsynthetic抗生素物质不如合成细胞毒性或抗真菌物质(72年]。
表2总结了使用角质细胞毒性研究的主要结果。最有毒的抗生素对临床应用剂量可以排名如下(毒性递增的顺序):新霉素、克林霉素、新霉素b,红霉素、庆大霉素。这些物质因此推荐使用表皮移植包括cea。毒性的局部适用的防腐剂(毒性最高的顺序,首先)磺胺嘧啶银,硝酸银和硝酸银溶液,cerium-silver-sulfadiazine,加上洗必泰。
正在进行的讨论的一个有趣的问题是系统性的摄入量局部代理及相关副作用。这可能是有关当抗生素应用于大型的身体表面区域,例如,严重烧伤后受伤。只有少数调查到目前为止已经解决了这个问题。例如,血液中庆大霉素浓度后局部应用全层伤口显然低于推荐的最大水平在猪的一项研究中,减少安全隐患的局部应用中等大小的皮肤伤口(73年]。
5.3.3。溃疡和恶性变性
治疗和cea在单独的情况下还会导致更严重的并发症。例如,几个来历不明的二次损伤和溃疡后观察烧伤病人广泛epi-SC-derived自体移植。即使是浸润性鳞状细胞癌代表一个潜在的恶性转化是初始治疗后观察到13.5岁,其次是七癌10年的时间(74年,75年]。使用霍乱毒素或异丙肾上腺素在体外培养epi-SCs可能是这种转变的原因之一。它可以,不过,不是认为癌感应是一种不良事件,完全可以追溯到cea的培养和移植,因为恶性转换也可以随着时间的推移,摆脱烧伤疤痕(74年- - - - - -76年]。这些观察结果说明连续的必要性和彻底后续移植患者(77年]。
5.3.4。美容方面
目前可用的所有移植失败再生皮肤附件如汗或皮脂腺和头发。特别是缺乏后者会导致整容结果即使伤口愈合不佳是充分的。一例报道的(10×8厘米)颅全层烧伤创面处理组织工程真皮模板(67年]。毛囊micrografted到模板,干细胞来源,导致在刚刚完成reepithelialization 37天。然而,只有很小的再生头发是观察治疗后一年。
最近的临床研究报道可能生成功能齐全的毛囊干细胞操作(78年]。类似的结果报告协议使用诱导多能干细胞(79年]。这种技术可能在未来被用于移植的皮肤上促进头发再生,但对应用程序的病人需要进一步细化。
6。总结
从烹饪和干细胞自体和同种异体皮肤移植培养可以有效地支持伤口愈合和是一个宝贵的除了传统的皮肤移植方法。结合生物材料可以增强稳定性和功能的移植。许多成功的临床试验已经完成,和生物工程皮肤移植作为治疗提供产品。然而,这些产品的使用仍然是有限的。首先,他们仍然是昂贵的生产,限制广泛的适用性。贪污的自动化生产和应用可能有助于克服这一限制。第二,治疗结果往往是有限的由于皮肤附录(腺体,头发)通常是不再生。先进的干细胞和组织工程方法在未来这可能提供解决方案。第三,体内(啮齿动物)研究的结果只是部分与病人情况,总体的发展小说模型包括大型动物实验取得更好的可比性。此外,潜在的局部和全身药物之间的相互作用和干细胞移植应该更加仔细的研究。 Altogether, this will augment the therapeutic value and clinical applicability of skin grafts.
的利益冲突
所有作者声明没有利益冲突。只有校内基金被用于这项工作。
作者的贡献
因加布罗克和朱丽叶Ehrenpfordt同样这项工作。
补充材料
补充表1:搜索条件包括试验中搜索。它包含所有搜索词和组合应用的在线研究关于相关出版物领域的临床应用。在“执行在线研究http://clinicaltrials.gov/”和“http://pubmed.com/“数据基地。临床研究和案例报告/系列已经包括在内。(补充材料)