蘇丹，王晨曦，張恒△，任東林△

1中山大學附屬第六醫(yī)院肛腸外科 廣東 廣州 510655

2廣東省結直腸疾病研究重點實驗室 廣東 廣州 510655

3汕頭市精準醫(yī)學應用學會普通外科分會 廣東 汕頭 515000

臨床中，當組織缺損、薄弱、移位時，需進行組織修補。在醫(yī)學發(fā)展的歷史中，人們曾嘗試縫合修補、尸體組織替代、動物組織替代、金屬修補等組織修補方式，相當一部分組織修補方式在臨床實踐檢驗中被淘汰，其中縫合修補和自體組織修補這兩種組織修補方式在臨床中被沿用下來。自20世紀中葉開始，工業(yè)合成材料（如，合成補片）被引入醫(yī)學領域進行組織修補，自此組織修補的方式和修補的范圍有了極大的豐富。然而，工業(yè)合成材料被臨床廣泛應用后，合成補片植入體內(nèi)后的一些近期、遠期并發(fā)癥（如，補片感染，補片侵蝕，補片皺縮，慢性疼痛，局部僵硬，組織失能等）也越來越受到關注。臨床組織修補的內(nèi)涵與外延不斷發(fā)展，對組織修補材料提出了更高的要求。在此背景下，自20世紀90年代后期開始，生物材料逐漸進入了臨床應用，并且獲得了快速的發(fā)展，成為了繼合成補片（包括可吸收補片和不可吸收補片）之后的又一大類組織修補材料，并在多個臨床?？频玫搅碎L期且廣泛的應用。本文將概述目前臨床常用組織修補材料的分類、修補機制與體內(nèi)轉(zhuǎn)歸結果，在此基礎上結合文獻及臨床實踐，以實例具體闡述生物材料在胃腸外科組織修復與重建中的部分應用場景。

1 常用組織修補材料的分類、修補機制與體內(nèi)轉(zhuǎn)歸

1.1 組織修補材料的分類

臨床上通常按照以下幾種方式粗略地區(qū)分組織修補材料：（1）按照材料的材質(zhì)分為非動物源性組織修補材料和動物源性組織修補材料；（2）按照補片的吸收性能分為不可吸收補片和可吸收補片；（3）按照補片的單一特性分為防粘連補片和自粘補片等；（4）按照補片的物理性狀或外形分為平片、網(wǎng)塞、3D補片等。除此之外，還有按照網(wǎng)孔大小，補片重量等進行區(qū)分。這些分類方式在臨床中應用了多年，但大多只是關注組織修補材料產(chǎn)品本身植入體內(nèi)之前的單一特點，或是用補片分類這個小分類來套用組織修補材料的大分類。

然而筆者認為就臨床決策而言，更有價值的分類方式為根據(jù)組織修補材料植入體內(nèi)后的轉(zhuǎn)歸結果來進行分類，因為組織修補材料最終的體內(nèi)轉(zhuǎn)歸與臨床治療效果直接相關。有文獻報道組織修補材料可分為兩大類，即合成補片（Synthetic Mesh）和生物材料（Biologic ECM），這兩類組織修補材料各有利弊[1]。也有文獻將組織修補材料分為三類，即不可吸收合成補片（Permanent Synthetic）、可吸收合成補片（Resorbable Synthetic）和組織來源的生物材料（Biological Tissue-Derived）[2-3]，或是將組織修補材料分為合成補片（Synthetic Mesh）、生物材料（Biologic Mesh）和可吸收合成補片【包括人工合成可吸收補片（Synthetic Absorbable Mesh）和生物合成可吸收補片（Biosynthetic Absorbable Mesh）】這幾種類型。前述幾種分類均為根據(jù)組織修補材料植入體內(nèi)后不同的組織反應和體內(nèi)轉(zhuǎn)歸來進行區(qū)分，并且都將生物材料作為合成補片之外的一個獨立的分類。

臨床中如果能夠從組織修補材料在體內(nèi)轉(zhuǎn)歸的角度將其進行分類，或?qū)⒂兄趶脑\療需求角度來選擇合適的組織修補材料。根據(jù)體內(nèi)轉(zhuǎn)歸分類原則，結合多種組織修補材料體內(nèi)轉(zhuǎn)歸研究的文獻數(shù)據(jù)，筆者提出組織修補材料的以下分類框架（圖1）。

圖1 組織修補材料分類框架

從組織修補和組織加固的需求出發(fā)，臨床目前最常用的材料是合成補片，包括不可吸收補片（常用的是聚丙烯補片，或者以聚丙烯為骨架并添加其他成分制成的復合補片）和可吸收補片（常用的是以化學大分子或生物大分子為原材料，通過人工合成的可吸收補片）。在過去的約20年間，隨著組織工程技術的發(fā)展而產(chǎn)生了一種新的組織修補材料——生物材料。這里所說的生物材料是指植入人體后以再生自身組織為體內(nèi)轉(zhuǎn)歸目標，并且以這個轉(zhuǎn)歸結果來實現(xiàn)長期組織修復的一大類材料。其中研究較深入且循證醫(yī)學依據(jù)較豐富的為生物體細胞外基質(zhì)（extra cellular matrix，ECM）來源的生物材料。而生物材料又因其制作工藝的不同和組織來源的不同，植入體內(nèi)后的轉(zhuǎn)歸結果也不同，因此生物材料中也有進一步的細分類別。生物材料的深入研究和多學科的臨床應用在全球被廣為關注。以下主要就合成補片和生物材料這兩類不同的組織修補材料的修補機制與其在體內(nèi)的轉(zhuǎn)歸進行概述。

1.2 組織修補材料的修補機制與體內(nèi)轉(zhuǎn)歸概述

1.2.1 合成補片的修補機制與體內(nèi)轉(zhuǎn)歸 （1）不可吸收補片：工業(yè)合成的不可吸收補片的原材料主要包括聚酯類，聚 烯類，膨化聚四氟乙烯（e-PTFE）類，以及聚偏氟乙烯（PVDF）類等。常用的不可吸收補片包括由上述原材料之一制成的補片，或是在聚丙烯的基礎上添加其他成分制成的復合補片。目前臨床應用最廣泛的是聚丙烯類補片，在此以聚丙烯類補片為代表來概述這一類組織修補材料的體內(nèi)轉(zhuǎn)歸。Soiderer等[3]的試驗觀察聚丙烯類補片植入生物體內(nèi)4周和8周后的植入部位情況，結果發(fā)現(xiàn)補片皺縮，與周圍組織融合不佳，補片的修補面積比植入時縮小了0.9 cm2。補片植入生物體內(nèi)4周后的組織學檢查結果提示，聚丙烯類補片引發(fā)了異物反應，在補片的周圍可見炎性肉芽腫反應，補片周圍間隙中可見疏松的脂肪組織填充，其中可見纖弱不成熟的膠原沉積（圖2A）。補片植入生物體內(nèi)8周后的組織學檢查結果提示，聚丙烯類補片區(qū)域可見更加密集的炎癥反應，補片區(qū)域遍布異物反應中標志性的多核巨細胞（即異物巨細胞），同時可見大量瘢痕組織形成（圖2B）。

圖2 聚丙烯類補片植入生物體內(nèi)后不同時點的組織學檢查圖片（圖片引用自參考文獻[3]）

不可吸收補片植入體內(nèi)后引發(fā)異物反應，臨床表現(xiàn)為持續(xù)的慢性炎癥狀態(tài)和瘢痕包裹補片。因此不可吸收補片在體內(nèi)的轉(zhuǎn)歸，筆者將其概括為異物殘留+瘢痕固定+慢性炎癥?！爱愇餁埩?瘢痕固定+慢性炎癥”的體內(nèi)轉(zhuǎn)歸結果，既是不可吸收補片實現(xiàn)組織長期修補的核心方式，也是大部分不可吸收補片近期、遠期并發(fā)癥發(fā)生的根本原因。當然，前述幾類不可吸收補片在植入體內(nèi)后的慢性炎癥反應的程度以及瘢痕形成的范圍也許因聚丙烯的含量不同，或是編織工藝的不同而有所不同，但其在體內(nèi)轉(zhuǎn)歸變化的規(guī)律基本一致。

值得一提的是，無論何種材質(zhì)的組織修補材料，如果制作工藝中使用了交聯(lián)工藝（Crosslink，又被稱為蛋白質(zhì)交聯(lián)或蛋白質(zhì)改性），均被歸類于交聯(lián)材料類。而交聯(lián)材料植入體內(nèi)的組織反應和體內(nèi)轉(zhuǎn)歸與上述不可吸收補片極其相似，并發(fā)癥發(fā)生情況也極其相似[4]。其原因是過度加工處理的生物材料失去了天然ECM的生物活性，交聯(lián)材料植入體內(nèi)后幾乎沒有細胞浸潤和血管長入，無法實現(xiàn)組織再生，同時交聯(lián)材料已經(jīng)無法被膠原蛋白酶降解而導致異物殘留。因此，交聯(lián)材料在體內(nèi)的轉(zhuǎn)歸同樣是異物殘留+瘢痕固定+慢性炎癥。

（2）可吸收補片：可吸收補片通常是以化學大分子【如，聚乙醇酸（PGA）】或生物大分子（如，膠原蛋白）為原料，經(jīng)過人工合成的補片，補片植入體內(nèi)后通過水解或酶解作用逐漸被崩解吸收，被吸收的時間通常比較固定。可吸收補片通常不具備復雜的三維結構（圖3），植入體內(nèi)后主要作為一個逐步被吸收的臨時支架發(fā)揮作用，通過植入?yún)^(qū)域所在周邊組織的爬行覆蓋或組織填充來實現(xiàn)組織修補。

圖3 電鏡下的可吸收補片（圖片引用自參考文獻[5]，圖片中描述的產(chǎn)品均未在國內(nèi)臨床應用）

可吸收補片植入體內(nèi)后的轉(zhuǎn)歸過程如下[5]。

Bio-A（化學大分子）：植入體內(nèi)14天時材料所在部位見炎癥細胞浸潤，30天時見補片部分降解；90天時補片幾乎完全被吸收，植入部位被結締組織填充；180天時無任何殘留補片成分，局部炎癥細胞浸潤，植入部位被大量脂肪組織和少許結締組織填充（圖4）。

圖4 可吸收補片的體內(nèi)轉(zhuǎn)歸（圖片引用自參考文獻[5]）

Tutomesh（生物大分子）：植入體內(nèi)14天時見補片區(qū)域部分降解，局部炎癥反應；30天時補片降解趨勢和局部炎癥反應更加明顯；90天時炎癥反應明顯減輕，同時補片降解愈發(fā)顯著，補片厚度變??；180天時轉(zhuǎn)歸結果與Bio-A類似，局部沒有補片殘留或炎癥反應，取而代之的是大量脂肪組織間以少許結締組織（圖4）。

因此，可吸收補片的修補機制可以概括為“補片被吸收之前無序的組織填充”。由于可吸收補片的吸收速度和無序的組織填充速度之間更像是賽跑的關系，而不是互補的關系，因此在臨床中選擇可吸收補片進行組織修補時，往往首先關注可吸收補片的吸收時間，醫(yī)師們下意識地認為材料的吸收時間越長則周邊組織的爬行填充越有保障。然而轉(zhuǎn)歸結果提示我們，比吸收時間更加關鍵的一個問題也許是可吸收補片體內(nèi)轉(zhuǎn)歸后，留下的是什么樣的組織？如果爬行填充的組織并不具有正常組織的強度，結構和功能，那么可吸收補片的吸收時間更長并不代表其組織修補結果更可靠。同理，以無序雜亂且血供不良的組織覆蓋或填充來修補組織缺損，并不能夠等同于有效的組織重建。因此，就組織修補材料的選擇而言，與臨床治療效果更直接相關的要素應當是其植入體內(nèi)后的綜合轉(zhuǎn)歸結果，而不是組織修補材料的吸收時間這樣的單一產(chǎn)品特性。

1.2.2 生物材料的修補機制與體內(nèi)轉(zhuǎn)歸 生物材料并不是另一種可吸收補片。生物材料的組織修補目標是以植入的生物材料來主動誘導和促進人體組織的再生重建，也就是在植入部位再生出具有正常血供和有序結構的自體組織，從而實現(xiàn)組織結構和功能的長期修復。這個體內(nèi)轉(zhuǎn)歸的結果又稱為組織再生塑形[6-7]?；谶@一目的設計的生物材料并非來自生物體的蛋白質(zhì)的簡單疊加，其真正的本質(zhì)均為來自生物體的ECM。ECM是天然組織中由細胞分泌構建的結構，同時也是細胞生活的微環(huán)境。ECM是復雜的三維結構（圖5），其中含有結構蛋白、功能蛋白等復雜的成分。ECM通過與細胞互動從而調(diào)節(jié)組織愈合的炎癥期、組織愈合期和組織塑形期，從而實現(xiàn)組織再生塑形。ECM與宿主細胞之間通過動態(tài)交互作用而影響細胞粘附、細胞遷移、細胞增殖、細胞分化和細胞凋亡的各個階段。ECM在胚胎發(fā)育，干細胞/祖細胞的分化中也扮演著重要的角色。迄今為止，關于ECM的成分，ECM的微觀結構和詳細的調(diào)節(jié)組織再生的過程仍未能完全被闡明，因此目前幾乎不可能以人工合成的方式來設計和生產(chǎn)仿生ECM的生物材料，而人為的過度加工處理也很容易破壞天然ECM的結構與功能。也因為如此，生物材料并非人工合成的補片，而是以脫細胞等工藝盡可能保留生物體中的天然ECM微環(huán)境，將ECM植入宿主體內(nèi)，與宿主細胞結合，促使宿主細胞在與這個微環(huán)境的動態(tài)交互作用中再生自體組織，實現(xiàn)長期的組織修復。

圖5 Cook Biodesign百得塞 R生物材料（豬小腸黏膜下層ECM）（圖片引用自參考文獻[7]）

迄今已有臨床研究證明[8]，ECM類生物材料植入體內(nèi)后，會逐漸再生塑形成為宿主自身組織（圖6），而組織學檢查結果提示再生組織中的新生膠原蛋白致密有序排列，并按照局部生理張力方向排列（圖7）。

圖6 Cook Biodesign百得塞 R生物材料（豬小腸黏膜下層ECM）在腹腔鏡IPOM腹壁疝修補術后 5年的再生塑形效果（圖片引用自參考文獻[8]）

圖7 Cook Biodesign百得塞 R生物材料（豬小腸黏膜下層ECM）在盆底修補術后 8個月的組織學檢查結果（圖片引用自參考文獻[7]）

生物材料的本質(zhì)是ECM，優(yōu)質(zhì)的生物材料應當以盡可能保留天然狀態(tài)的ECM微環(huán)境（包括ECM的天然結構以及ECM中的豐富成分）為原則來進行設計和加工，而不是隨意進行過度的人為加工處理改變天然ECM微環(huán)境。生物材料的組織修補機制和體內(nèi)轉(zhuǎn)歸結果可以總結如下：ECM+宿主細胞+動態(tài)交互作用=組織再生塑形。即生物材料的轉(zhuǎn)歸機制是以植入的ECM微環(huán)境來積極誘導宿主細胞與這個微環(huán)境定向結合，并且在宿主細胞與ECM之間持續(xù)的動態(tài)交互作用下逐步實現(xiàn)宿主的內(nèi)源性組織再生。因此，生物材料的轉(zhuǎn)歸結果并非外源性替代（Replacement），而是組織再生塑形（Remodeling），從第一個R到第二個R正是生物材料區(qū)別于合成補片的核心機制。

2 ECM類生物材料在胃腸外科中的應用思路探討

ECM是再生醫(yī)學中使用最多、最廣泛的材料之一。ECM被認為是一種高度復雜的、具有組織來源特異性的蛋白庫，它具有結構與功能的多維度屬性。ECM既可以被駐留細胞重構，也可以誘導細胞行為、表型和存活。研究表明，ECM在干細胞表型的發(fā)育和維持中起著重要作用，并受到精細的調(diào)控[9-10]。簡言之，ECM為細胞的活動和生長提供了一種高度保留了自然基質(zhì)的框架底物，隨著ECM在組織工程和再生醫(yī)學中日漸廣泛的應用，ECM的應用正朝著越來越復雜的組織結構重建，甚至整個器官的重建方向發(fā)展。迄今為止，雖然ECM實現(xiàn)這種復雜組織再生塑形結果的詳細機制與過程尚未能被完全闡明，但ECM的作用機制顯然不只是作為機械支架供組織爬行覆蓋這么簡單，而是以主動誘導的方式參與組織愈合、組織器官發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)重建的多個過程。曾有研究試圖用人工合成的方法重建這些細胞基礎結構（如，靜電紡絲）[11-12]，實現(xiàn)了在ECM的纖維成分的近似規(guī)模上產(chǎn)生隨機分布的纖維互連網(wǎng)絡。然而，目前沒有一種方法可以解釋ECM纖維成分分布的變化，也不能替代天然ECM的生物活性成分。因此，目前ECM原材料的制備仍以哺乳動物的天然ECM為主。

目前，臨床中有多種ECM類生物材料，它們在動物來源，選取部位和組織種類，脫細胞工藝，純化滅菌方法，以及三維結構形狀上各不相同。不同的ECM類生物材料的適應證也各不相同。ECM類生物材料作為組織修補材料在結直腸肛門外科的應用在本期專題中另有介紹（如LVMR手術、ELAPE術后盆底重建、肛瘺塞等）。本文擬介紹ECM類生物材料在胃腸外科中的應用，包括消化道黏膜重建及肌肉重建，或是二者的組合。

2.1 消化道黏膜重建

隨著精準診斷技術、內(nèi)鏡技術及微創(chuàng)治療技術的發(fā)展，消化道黏膜手術已經(jīng)成為消化外科的重要治療手段之一。某些消化道黏膜病變（如，不典型增生，異型上皮化生，息肉樣變，錯構瘤等），黏膜下病變（如，囊腫，間質(zhì)瘤，神經(jīng)內(nèi)分泌瘤等）和原位癌等疾病通常需要進行較大范圍的黏膜切除，以達到徹底去除病灶的目的。然而大范圍黏膜切除后的黏膜縫合重建、消化道穿孔，以及創(chuàng)面愈合后的消化道瘢痕狹窄等問題，成為了降低手術成功率的重要因素。因此，學者們嘗試使用ECM類生物材料進行消化道黏膜重建，從而減少了張力性縫合帶來的相關并發(fā)癥、微小瘺或是遠期消化道瘢痕狹窄等不良事件的發(fā)生。新近的幾項研究表明，ECM類生物材料是食管黏膜重建的有效材料（圖8）[13-15]。其中Nieponice等[14]研究提及的食管黏膜重建選擇來自豬源組織的ECM類生物材料，針對40%～50%的食管黏膜環(huán)周全層缺損（長度達到5 m），通過可膨脹支架固定ECM類生物材料，支架在治療后9～14天取出。結果顯示，ECM類生物材料可快速重構，形成新的上皮和黏膜下層組織，在后續(xù)的隨訪中，小部分患者出現(xiàn)輕度食管管腔狹窄需要短暫擴張，但較單純黏膜切除縫合的患者而言，未出現(xiàn)嚴重及長期的食管管腔狹窄。而且在犬模型的食管壁重建中觀察到，全黏膜層形成非狹窄性愈合，這一新生組織既具有功能性又具有神經(jīng)支配性，且當對應肌層完好的前提下，觀察到了黏膜功能的恢復。

圖8 犬食管黏膜切除術后ECM類生物材料食管壁重建模型與對照（圖片引用自參考文獻[13]）

2.2 肌肉重建

肌肉重建在胃腸外科和腹壁外科中的應用場景包括外傷，腫瘤侵犯，感染損傷等。肌肉損傷后的自身再生能力有限。普遍認為，20%及以上的肌肉體積損失將導致瘢痕組織沉積替代、慢性肌活動無力甚至功能喪失，而不是自然再生修復[16]。目前，對于大體積肌肉損失后的重建技術主要包括自體組織移植，帶血管蒂或游離肌瓣移植。雖然這些重建技術可以提供一定程度的美容改善和組織覆蓋，但幾乎沒有原位的組織修復或功能恢復。此外，當肌肉組織缺損的面積過大或者體積過大時，這些重建技術的具體實施和修復效果就面臨巨大的挑戰(zhàn)?；贓CM類生物材料的骨骼肌重建方法，已在大體積肌肉損失的臨床前模型中被證明能促進功能性、神經(jīng)支配性和收縮性骨骼肌的形成[17-18]。在一項研究中[19]，由豬小腸黏膜下層制成的ECM類生物材料被制作成三維結構，并植入到犬肌肉肌腱連接修復模型中，在這個模型中，腓腸肌和肌肉肌腱連接處遠端三分之一被完全切除，在豬小腸黏膜下層ECM類生物材料植入后，切除的組織完全被ECM類生物材料再生替代。該項研究的結果表明，植入的ECM類生物材料促進了具備血管化及功能神經(jīng)支配的新生骨骼肌的形成，在植入ECM類生物材料后6個月幾乎無法與原生肌肉區(qū)分。前述研究發(fā)現(xiàn)已逐漸在臨床實踐中轉(zhuǎn)化為對遭受一定體積肌肉損失患者的治療方法。有文獻報道，為一名22歲男性的股四頭肌損傷患者（此前所有治療都被證明無效）放置ECM類生物材料，結果發(fā)現(xiàn)植入ECM類生物材料后部分再生新的功能性骨骼肌，顯著提高了等速運動性能和生活質(zhì)量[20]。

2.3 ECM類生物材料使用要點

如前所述，ECM類生物材料實現(xiàn)組織再生的機制為ECM+宿主細胞+動態(tài)交互作用=組織再生塑形。因此，ECM類生物材料植入體內(nèi)后，生物材料是否能夠獲得穩(wěn)定的血供來源和細胞來源是其能否實現(xiàn)組織再生塑形這個轉(zhuǎn)歸結果的關鍵。因此臨床醫(yī)師選擇使用ECM類生物材料進行組織修復時，術前，術中和術后需要通過一系列臨床管理手段，使得ECM類生物材料可以在植入部位持續(xù)地接觸到具有血供的組織，從而獲得穩(wěn)定的血供來源和細胞來源，實現(xiàn)組織再生塑形的轉(zhuǎn)歸結果。

3 小結

組織修補材料按照修補機制和體內(nèi)轉(zhuǎn)歸的不同，大致可以分成合成補片（可吸收補片和不可吸收補片）和生物材料（ECM來源）這兩大類。合成補片的修補機制是外源性替代，其中目前應用最廣泛的是不可吸收補片。不可吸收補片的體內(nèi)轉(zhuǎn)歸為異物殘留+瘢痕固定+慢性炎癥；可吸收補片的體內(nèi)轉(zhuǎn)歸是補片被吸收之前無序的組織填充，本質(zhì)上并非有效的組織重建。與合成補片不同，生物材料并不是另一種可吸收補片，生物材料的本質(zhì)是ECM這個精細而復雜的微環(huán)境，其修補機制是ECM和宿主細胞之間通過動態(tài)交互作用實現(xiàn)內(nèi)源性組織再生的過程，最終通過組織再生塑形的轉(zhuǎn)歸結果來實現(xiàn)組織結構和功能的多維度修復。從外源性替代到組織再生塑形是生物材料區(qū)別于合成補片的核心機制。生物材料與合成補片的轉(zhuǎn)歸機制和體內(nèi)轉(zhuǎn)歸結果有本質(zhì)的不同，因此生物材料與合成補片是組織修補材料中截然不同的兩個大類，不應當混為一談。

也正因為生物材料與合成補片的體內(nèi)轉(zhuǎn)歸本質(zhì)的不同，兩者在臨床應用的內(nèi)涵和外延既有交集，又有區(qū)別。首先，高動力的解剖區(qū)域使用生物材料無疑更加安全，例如食管裂孔疝修補，盆底重建，腹壁修補等。其次，需要強調(diào)功能修復，癥狀改善和術后遠期生活質(zhì)量的手術治療，使用生物材料的價值相對更大。最后，污染或輕度感染手術，或是術后感染顧慮較大的手術，使用生物材料也更加安全。無論何種使用場景，使用生物材料的關鍵要點是讓ECM類生物材料獲得穩(wěn)定的血供來源和細胞來源。

無論選擇何種類型的組織修補材料，最終的目的均為服務于臨床診療方案的制定。因此在臨床實踐中，醫(yī)師可以結合組織修補材料體內(nèi)轉(zhuǎn)歸結果，組織修補材料的組織修補機制，綜合患者病情以及術中判斷來選擇合適的組織修補材料，使患者最大程度獲益。

利益沖突聲明全體作者均聲明不存在與本文相關的利益沖突。