《Burns》：Micro-structured porcine acellular dermal matrix — novel wound dressing promoting the repair of deep burn wounds
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微结构修饰异种真皮基质可促进烧伤创面修复，通过激光雕刻在 PADM 表面构建沟槽结构并重建表皮层，实验证实其增强细胞浸润、血管生成及保湿性能，降低炎症反应。
金顺新|庞佳月城|段宇颖|李静竹|姬超|马一成|吴一欣|吴元树|王宇翔|郑永军|肖世初|薛春宇
中国人民解放军总医院第四医学中心重症医学科，北京，中国
摘要
背景
猪脱细胞真皮基质（PADM）是一种常用的异种伤口敷料，但其天然结构不利于细胞渗透和血管生成。在本研究中，我们采用微结构修饰策略制备了微结构猪脱细胞真皮基质（MPADM），旨在提高PADM在深度烧伤伤口修复中的应用潜力。
方法
利用激光雕刻技术在PADM的真皮表面构建仿生微结构，并使用医用硅胶在表皮表面重建表皮层，从而制备出MPADM。通过多种方法观察MPADM的微结构，并验证其理化性质。细胞实验确认了MPADM的细胞相容性及其微结构对细胞生长的趋化作用。动物实验验证了其诱导血管生成的能力和伤口覆盖效果。
结果
MPADM的真皮表面形成了规则的沟槽结构，这提高了材料的吸水能力和水蒸气透过率（WVTR），同时保持了良好的机械强度。HUVECs和HSFs在MPADM上的增殖和迁移表现出明显的向沟槽聚集的趋势。动物实验表明，MPADM组在伤口床中的细胞渗透和生长更快，血管生成能力更强，炎症反应程度更低。
结论
微结构修饰可以有效改善PADM的理化性质和生物活性，MPADM在促进深度烧伤伤口修复方面具有巨大潜力。这种微结构修饰策略为传统异种皮肤材料的功能化提供了新的视角。
引言
烧伤的特点是严重的损伤、多种并发症、高残疾率和高死亡率[1]。作为人体最大的器官，皮肤具有保护外部环境的功能。烧伤会破坏皮肤屏障，导致其保护功能丧失，一些严重烧伤的患者甚至需要终身干预和治疗[2]，[3]。在深度伤口的愈合过程中，缺乏屏障保护往往不利于抵抗外部风险因素。临时覆盖深度伤口在保护伤口、防止感染、减少营养流失以及为后续皮肤移植提供有利条件方面起着重要作用[4]，[5]。
伤口敷料常用于深度烧伤伤口（例如三度烧伤焦痂切除伤口），在皮肤移植前提供临时覆盖。目前，伤口敷料种类繁多，包括具有抗菌和吸渗液功能的非生物敷料（如水凝胶、水胶体、海藻酸盐、泡沫和薄膜敷料）以及生物敷料如同种异体皮肤和异种皮肤[6]。由于生物敷料的组织结构与人类皮肤相似，它们可以作为有效的伤口屏障，促进伤口床细胞渗透和肉芽组织生长，在临床实践中得到广泛应用。同种异体皮肤在结构和功能上最接近自体皮肤，长期以来一直是深度烧伤后焦痂切除和切缘切除伤口临时覆盖和保护的黄金标准[7]。然而，由于其高昂的成本和有限的来源，异种皮肤如基因修饰猪皮肤和猪脱细胞真皮基质（PADM）已成为常见的临床选择[8]。基因修饰猪皮肤来源广泛、细胞相容性好、机械强度强，在临床中得到广泛应用。尽管基因修饰猪皮肤去除了部分引发免疫排斥的抗原基因，但仍具有较强的免疫原性，无法长时间有效覆盖伤口。此外，在移植初期，伤口床组织细胞难以渗透和生长到猪皮肤中，导致猪皮肤与伤口床之间的粘附不良和血管生成缓慢等问题[9]，[10]。与同种异体皮肤和基因修饰猪皮肤相比，由于去除了细胞和其他抗原成分，PADM在移植后的免疫排斥反应显著降低，能够长时间覆盖和保护深度烧伤焦痂切除伤口，因此得到广泛应用[11]。然而，PADM仍存在伤口床组织细胞渗透缓慢和伤口覆盖初期新血管形成缓慢等缺点。此外，由于去细胞化后失去了表皮层，PADM在覆盖伤口后容易干燥，难以有效粘附在伤口表面，常导致液体积聚和感染。
如何在伤口敷料移植后实现深度伤口的有效覆盖和保护一直是临床伤口修复中的主要挑战。伤口敷料在移植后的效果与血管生成速率密切相关[12]。新生血管生成和毛细血管网络建立所需的微环境涉及复杂的网状结构，主要包括生物微环境和物理微环境。物理微环境主要包括机械信号、空间微结构、孔径大小和孔形[13]。近年来，生物材料领域的研究发现，生物材料表面的微结构（包括沟槽、沟壑、不同形态的孔及其特定尺寸）是影响成纤维细胞和血管内皮细胞增殖和管状形成的重要因素[14]。因此，修改伤口敷料的表面物理微结构可能为促进组织修复、细胞渗透和生长以及加速血管生成提供新的方法。
文献中记录了许多旨在促进细胞生长的生物材料物理微结构设计策略，包括孔结构和沟槽结构。越来越多的证据表明，深度达到真皮层厚度三分之二的单独孔结构可以增强真皮细胞渗透，而其他研究表明细胞倾向于沿着沟槽结构渗透和增殖。在这些研究中，孔结构的直径以及沟槽结构的宽度和深度均在50–500 μm的范围内变化[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[20]。在本研究中，我们借鉴了多种规格的生物材料微结构，并考虑到实际的可制造性，最终在PADM的真皮表面设计了两种微结构。具体来说，设计了一种具有固定参数的孔结构以确保真皮细胞渗透，并开发了一种具有可变参数的沟槽结构，用于筛选具有优越生物效果的集成微结构。经过后续系统筛选，本研究制备了一种新型伤口覆盖材料——微结构猪脱细胞真皮基质（MPADM）。通过体外细胞实验和体内动物实验验证了其在促进伤口细胞渗透和增殖、促进血管生成以及提供长期伤口保护方面的有效性（图1）。
部分摘录
PADM的制备
PADM是通过胰蛋白酶消化法制备的。基因转染的猪皮肤（重庆科技生物技术有限公司）完全浸入250毫升0.25%胰蛋白酶溶液（Sigma-Aldrich，不含酚红）中，在4℃下振荡消化12小时。随后，用无菌手术刀片刮除表皮，彻底冲洗并振荡以去除残留的表皮细胞。清洗后的PADM浸泡在0.05%醋酸氯己定（Sinopharm）中
微结构的设计与筛选
具有三种沟槽微结构规格（宽度及深度分别为150 μm、250 μm和350 μm）的MPADM样品在电子显微镜下进行了观察。所有MPADM变体的微结构均呈规则排列，沟槽宽度、脊间距和孔分布一致。通过组织切片的HE染色检查了纵向截面的微结构特征，沟槽宽度和深度的变化与显微镜观察结果一致
讨论
有效的伤口覆盖对于大面积严重烧伤的治疗至关重要。特别是当患者因缺乏皮肤来源而无法及时修复深度伤口时，适当的伤口覆盖物可以暂时保护伤口，防止感染，并有望促进伤口床组织的细胞迁移和血管生成，为后续的自体皮肤移植奠定有利基础[27]，[28]，[29]。然而，现有的伤口覆盖物仍存在局限性
局限性
虽然本研究中用于制备MPADM的原材料来自临床批准的PADM产品，且MPADM的制备方案理论上不会增加其临床应用的风险，但根据国家法律、法规和人类伦理原则，MPADM的临床应用仍需经过临床伦理审批。因此，MPADM在临床实践中是否表现出更优的效果仍有待验证
结论
本研究采用激光雕刻技术在PADM的真皮表面进行了微结构修饰，并在表皮表面用硅胶重建了表皮层，最终制备出了MPADM覆盖材料。在保持优异理化性质的同时，MPADM的微结构能够诱导细胞生长。动物实验证实，MPADM在保持伤口水分和促进细胞渗透方面表现出优越效果。在长期应用中
伦理
本研究中的所有动物实验均获得了海军医科大学第一附属医院伦理委员会的批准（批准编号：CHEC(A.E)2023-033）。
资助
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2024YFA1108400）和中国国家自然科学基金（项目编号：82172201）的支持。
CRediT作者贡献声明
金顺新：撰写 - 原稿、方法学、数据管理、正式分析。庞佳月城：撰写 - 原稿、撰写 - 审稿与编辑、可视化。段宇颖：撰写 - 审稿与编辑、数据管理、调查。李静竹：资源提供、调查。姬超：资源提供、验证。马一成：资源提供、数据管理。吴一欣：调查。吴元树：数据管理。王宇翔：概念构思、资源提供、监督、撰写 - 审稿与编辑。郑永军
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
作者声明在本文的创作过程中未使用任何生成式AI。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
