張郭 周牧冉 陳佳龍 汪振星 孫家明

【提要】 乳房再造擁有巨大的臨床需求，組織工程乳房再造具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)乳房組織工程的概念是將患者自體干細(xì)胞植入支架，構(gòu)建細(xì)胞-支架復(fù)合物移植體內(nèi)進(jìn)行乳房再造。然而，組織工程乳房再造的臨床可行性因其成本、技術(shù)條件而受到限制。本文對組織工程乳房再造的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并展望其臨床轉(zhuǎn)化前景。

乳腺癌是威脅女性生命健康的最常見惡性腫瘤[1]。診斷及治療手段的發(fā)展，使其生存率愈來愈高，僅2018年全球預(yù)計就有超過140萬乳腺癌患者得到治愈[1]。然而，腫瘤的治愈并不是終點，因乳腺癌根治或預(yù)防性乳房切除導(dǎo)致的乳房缺失，不僅給患者帶來形體問題，更會引起患者焦慮、抑郁等一系列心理問題[2]。乳房再造有助于恢復(fù)患者的形態(tài)美和身心健康[3]，乳房再造具有很重要的臨床意義和社會意義。

1 傳統(tǒng)乳房再造手段

1.1 假體植入

假體植入仍是乳房再造手術(shù)和隆胸最常用的方法[4]。這些假體在美學(xué)效果方面為許多女性提供了令人滿意的結(jié)果，但也帶來了固有的中長期風(fēng)險。

時至今日，硅膠假體的局部并發(fā)癥和二次手術(shù)的發(fā)生率仍然很高。最常見的并發(fā)癥為包膜攣縮，是由于人體對假體的慢性異物排斥反應(yīng)而導(dǎo)致的瘢痕形成、疼痛及畸形。在美國，隆胸及乳房再造手術(shù)中假體植入物包膜攣縮的5年發(fā)生率高達(dá)14%，其他并發(fā)癥包括假體破裂、感染乃至間變性大細(xì)胞淋巴瘤等[4]。對于需要術(shù)后放療的患者，通常不推薦植入假體進(jìn)行乳房再造[5]。

1.2 自體皮瓣移植

相比較而言，自體皮瓣轉(zhuǎn)移能充分利用患者自身的組織，從而再造一個具有良好外觀和正常感覺的乳房[6]。乳房再造可選擇背闊肌皮瓣、橫行腹直肌肌皮瓣等，亦可通過顯微外科技術(shù)，利用腹壁下動脈穿支游離皮瓣進(jìn)行乳房重建，從而減少供區(qū)損傷。皮瓣轉(zhuǎn)移具有并發(fā)癥較少、手感接近正常乳房等優(yōu)點，但相應(yīng)地需要更精細(xì)的手術(shù)技巧、更長的手術(shù)時間和更高昂的醫(yī)療費用。

1.3 自體脂肪填充

自Coleman等[7]和Spear等[8]改進(jìn)抽脂和脂肪移植技術(shù)以來，脂肪移植的設(shè)備和流程越來越規(guī)范。2008年，Yoshimura等[9]介紹了細(xì)胞輔助脂肪移植(Cell-assisted lipotransfer，CAL)，ASPS也在2009年開始推薦使用脂肪移植技術(shù)[10]。與其他手術(shù)方法相比，自體脂肪填充不僅價廉、簡單，而且相對無創(chuàng)。自體脂肪填充目前主要用于乳房輪廓異常及小乳癥的整形。但Coleman等[11]的研究表明，通過多次填充，可以保留形成大量的脂肪組織。

自體脂肪填充的一個技術(shù)限制是移植后會造成約30%的體積損失[12]，而多次反復(fù)移植會降低患者的依從性。如何增加受區(qū)間隙體積，填充后的脂肪如何獲得較好的力學(xué)支持和血供，是目前亟待解決的難點。

2 乳房再造的替代方法——再生醫(yī)學(xué)與組織工程

組織工程技術(shù)使得傳統(tǒng)的缺損修復(fù)理念發(fā)生重大變革。通過將干細(xì)胞與生長因子結(jié)合，種植于生物材料制作的支架上，體外培養(yǎng)后再植入體內(nèi)，有望實現(xiàn)組織器官的修復(fù)/替代。利用組織工程技術(shù)進(jìn)行乳房再造，可以同時避免硅膠假體造成的異物反應(yīng)以及自體皮瓣帶來的供區(qū)損傷，再造的乳房在形態(tài)學(xué)和組織學(xué)上與天然乳房高度相仿，理論上是一種更優(yōu)的選擇。

2.1 支架材料

乳房組織工程支架可按材料的來源分為天然材料支架或合成材料支架，也可按結(jié)構(gòu)形態(tài)分為固體支架或水凝膠支架。任何用于乳房再生的組織工程支架必須具備以下要素：生物相容可降解、低免疫原性、多孔隙和良好的力學(xué)強(qiáng)度，以支撐乳房原生形狀的同時維持種子細(xì)胞的生長。此外，還需避免對早期腫瘤的影像診斷造成干擾。為了使患者更容易接受，生物材料應(yīng)具有與正常乳房相似的機(jī)械強(qiáng)度。下表顯示了與乳房組織成分相比，常用支架材料的機(jī)械特性(表1)[4]。

表1 乳房主要成分和組織工程支架常用生物材料的力學(xué)性能

2.1.1天然支架材料

天然支架材料主要包括膠原蛋白、纖維蛋白、透明質(zhì)酸和殼聚糖等。膠原蛋白是一種天然的生物高分子聚合物，存在于動物結(jié)締組織中。已有研究將ADSC種植于海綿狀膠原蛋白支架，植入體內(nèi)后成功分化為成熟脂肪細(xì)胞[14]。纖維蛋白膠是一種由天然血液成分構(gòu)成的水凝膠，已被美國FDA批準(zhǔn)使用，但成本較高昂[15]。另一類商用的支架材料是模擬細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的水凝膠，如基質(zhì)膠(商品名Matrigel)和肌凝膠(商品名Myogel)，兩種材料均展現(xiàn)出了良好的生物相容性[[16-17]。透明質(zhì)酸作為細(xì)胞外基質(zhì)的一種成分，可通過交聯(lián)合成和改性后作為細(xì)胞載體運用于組織工程中。研究發(fā)現(xiàn)，透明質(zhì)酸能夠作為載體傳遞運輸脂肪前體細(xì)胞以誘導(dǎo)脂肪形成[18]，但應(yīng)用于乳房重建的安全性仍存在爭議[19]。然而，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，水凝膠仍難以塑造理想的體積、形狀和結(jié)構(gòu)，而用于重建整個乳房。

2.1.2脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)

最近的突破性進(jìn)展則是直接使用人或豬的脂肪組織脫細(xì)胞基質(zhì)作為乳房組織工程的支架材料。細(xì)胞外基質(zhì)是由大分子構(gòu)成的錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，為細(xì)胞的生存及活動提供適宜的場所，并通過信號傳遞影響細(xì)胞的形狀、代謝、功能、遷移、增殖和分化，為細(xì)胞的附著和生長提供機(jī)械和營養(yǎng)支持。異源脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)作為生物支架材料，通過脫細(xì)胞等一系列流程，在去除引發(fā)免疫應(yīng)答的細(xì)胞抗原成分的同時，保留了關(guān)鍵細(xì)胞外基質(zhì)成分，具有良好的力學(xué)性質(zhì)和生物組織相容性[20]。脫細(xì)胞基質(zhì)為脂肪組織的生長提供了有利的微環(huán)境，使得ADSCs能夠招募宿主細(xì)胞，生成血管和脂肪[21]。脫細(xì)胞基質(zhì)產(chǎn)物也可以制作生產(chǎn)成用于細(xì)胞載裝、生長的水凝膠。Pati等[22]利用豬及人的脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)制成載有ADSCs的生物3D打印墨水，并成功誘導(dǎo)了成脂分化。Cheung等[23]則利用光交聯(lián)技術(shù)，將殼聚糖、硫酸軟骨素和脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)制備為水凝膠形式的ADSCs載體。研究發(fā)現(xiàn)，局部生物力學(xué)和化學(xué)環(huán)境對脂肪生成至關(guān)重要，脂肪脫細(xì)胞基質(zhì)水凝膠與天然脂肪組織的硬度相似，導(dǎo)致脂肪生長因子的上調(diào)[24]。Wang等[25]通過將ADSCs種植于人體脫細(xì)胞外基質(zhì)后，移植到大鼠皮下并成功培養(yǎng)出體積可觀的脂肪組織。

2.1.3人工合成材料

3D打印的興起和發(fā)展，對于將可降解的、生物相容性良好的高分子材料制備具有個性化設(shè)計的宏觀或微觀結(jié)構(gòu)的組織工程支架起到了推動作用。聚乙交酯(Polyglycolic acid，PGA)、聚乳酸(Polylactic acid，PLA)、聚乙丙交酯[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]和聚己內(nèi)酯(Polycaprolactone，PCL)等，近年來在組織工程研究中得到了廣泛應(yīng)用[26]，均屬于脂肪族聚酯家族，將其通過3D打印可以產(chǎn)生特定形狀結(jié)構(gòu)的組織工程支架，具有良好的生物可降解性。PGA、PLA及其共聚物的降解時間為6～18個月[27]，降解時會產(chǎn)生大量的乳酸，造成局部酸性環(huán)境，可能對周圍正常組織產(chǎn)生不利的影響。PCL降解時間超過2年，不會造成酸性物質(zhì)堆積，為再生組織的形狀重塑提供理想結(jié)構(gòu)支撐的同時，不對周圍組織產(chǎn)生不良影響[27]。

2.2 乳房組織工程策略

2.2.1傳統(tǒng)組織工程策略

自從Langer、Vacanti和Atala等[28]在1994年首次提出乳房組織工程的概念以來，全球只有少數(shù)幾個研究小組探索乳房組織工程技術(shù)。過去的10年內(nèi)，乳房組織工程通常都是基于脂肪組織的再生。目前已發(fā)表的研究主要為兩種方法：①分離和培養(yǎng)脂肪前體細(xì)胞后植入支架；②使用組織生長因子招募組織常駐脂肪前體細(xì)胞。Patrick[29]認(rèn)為上述傳統(tǒng)組織工程策略難以上升到臨床轉(zhuǎn)化的高度。

從材料學(xué)角度出發(fā)，普遍認(rèn)同對組織工程支架材料進(jìn)行混合與加工改性的研究策略(表2)。此外，也有嘗試?yán)蒙锓磻?yīng)器來促進(jìn)脂肪生成[30]。Wittman等[15]創(chuàng)造性地將提取的SVF與纖維蛋白凝膠混合后，注射于小鼠模型中，成功培養(yǎng)出脂肪組織。

表2 材料改性策略

從臨床轉(zhuǎn)化角度來講，迄今為止構(gòu)建大體積脂肪組織的研究屈指可數(shù)，僅有一項關(guān)于乳房組織工程的人體試驗取得了很小的進(jìn)展[36，38-40]。

促進(jìn)組織工程乳房的血管化是另一個重要研究方向。盡管許多研究致力于構(gòu)建血管化脂肪結(jié)構(gòu)，但僅限于小體積的脂肪組織[31-35，37]，與已用于臨床的乳房商用假體的體積相比，仍存在很大的不足。為了促進(jìn)TEC血管化，有研究提出了顯微外科動靜脈袢吻合(Arteriovenous loop，AV-loop)的概念[41]。Morrison等[40]將該技術(shù)與組織工程室的概念結(jié)合，成功構(gòu)建出大體積脂肪組織，并在2017年開展了概念性人體實驗[39]，但在5例單側(cè)乳房切除患者中，最終僅有1位患者乳房實現(xiàn)脂肪組織的再生。較厚的纖維包膜阻礙了脂肪組織的再生。此外，該實驗需要二次手術(shù)來摘除塑料腔室，研制可降解的組織工程室將有望解決這些問題。

2.2.2組織工程乳房臨床轉(zhuǎn)化——與脂肪填充相結(jié)合

自體脂肪填充的核心問題是由于乳房內(nèi)部的空間限制和缺乏血管供應(yīng)而導(dǎo)致的體積損失。Khouri等[12]提倡使用Brava技術(shù)(Brava-assisted megavolume fat grafting)，一個以真空為基礎(chǔ)的外部軟組織擴(kuò)張系統(tǒng)，以輔助脂肪填充。該技術(shù)創(chuàng)造了促進(jìn)脂肪存活生長的空間和微環(huán)境，與組織工程的理念不謀而合。Brava技術(shù)雖然具有無創(chuàng)、無需住院、療效確切的優(yōu)點，但漫長反復(fù)的療程會降低患者的依從性[42]。另外，脂肪的吸收率在乳房的特定解剖區(qū)域是不同的，脂肪填充的最終效果也變得難以預(yù)測。

傳統(tǒng)乳房(脂肪)組織工程研究因種子細(xì)胞的生物安全性問題而難以實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化。自體脂肪填充在整形外科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，安全性和有效性確切，用自體脂肪來提供組織工程乳房的種子細(xì)胞更有望實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化[43]。Chhaya等[36，38]提出通過計算機(jī)輔助設(shè)計，植入患者個性化定制的生物材料支架，在自體脂肪填充前先將支架預(yù)血管化。他們通過大動物實驗證實了該方法新生大體積脂肪組織的可能性。但該實驗使用的PCL支架的機(jī)械強(qiáng)度相較于乳房組織仍然過高[44]。有研究證明，通過改變支架內(nèi)部單元結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)支架的機(jī)械性能[45]。如何構(gòu)建出模擬天然手感與較好機(jī)械性能兼具的的支架仍期待材料科學(xué)的研究進(jìn)展。

3 展望與結(jié)論

目前，組織工程乳房再造仍側(cè)重于脂肪再生，目的是重建乳房的美學(xué)形態(tài)，難以恢復(fù)女性乳房的生理功能。乳腺再生被發(fā)現(xiàn)主要與乳腺上皮成分有關(guān)[46-48]，研究發(fā)現(xiàn)在乳腺上皮細(xì)胞的刺激下，ADSCs可以分化為腺泡樣、類乳腺結(jié)構(gòu)[49-50]，為乳腺再生提供了新的思路。另外，乳腺、乳頭乳暈復(fù)合體(NAC)的再造，因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與生理功能，變得極富挑戰(zhàn)性。也有不少研究者嘗試用組織工程技術(shù)重建NAC。早在1998年，Cao等[51]在豬模型上，將自體耳廓軟骨細(xì)胞注射于溫敏聚合物凝膠支架中，成功重建乳頭狀組織，并在注射部位使用環(huán)狀縫合，以改善重建乳頭的形狀輪廓。Pashos等[52]利用脫細(xì)胞技術(shù)處理獼猴的NAC以獲得完整的NAC支架，期望用于組織工程NAC再造，其中仍有許多難關(guān)需要攻克。除了乳腺癌術(shù)后乳房再造外，如波蘭氏綜合征、結(jié)節(jié)性乳房畸形等先天性疾病，因創(chuàng)傷、手術(shù)并發(fā)癥及嚴(yán)重包膜攣縮等造成的乳房畸形也可利用組織工程技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。技術(shù)上的革新，如支架的表面修飾技術(shù)[53-54]、立體光刻(Stereolithography，SLA)[55]和計算軸向光刻(Computed axial lithography，CLA)[56]等新型增材制造技術(shù)，也有望在未來解決組織工程乳房構(gòu)建面臨的各種問題。未來有必要進(jìn)行更多的臨床前研究，以實現(xiàn)大體積組織工程乳房的穩(wěn)定構(gòu)建，為進(jìn)一步臨床轉(zhuǎn)化打下堅實的基礎(chǔ)。