【原】脂肪组织工程：乳房软组织再生新策略

谭秋雯，吕青

四川大学华西医院

　　软组织缺损是整形外科和乳腺外科常见的问题之一。脂肪组织工程通过种子细胞、生物材料及细胞外微环境构建工程化脂肪组织，是软组织缺损修复有发展潜能的方向之一。选择合适的种子细胞、构建适宜的诱导微环境以及使用组织工程室技术构建带血管蒂组织工程化脂肪是目前常用策略。以干细胞及诱导微环境为核心要素的脂肪组织工程近年来取得了较大的进展，各类生物材料的设计、研发及转化研究将促进脂肪组织工程技术的临床转化。笔者就目前组织工程构建策略的研究进展进行综述。

通信作者：吕青，[e-mail]

原文参见：中华乳腺病杂志. 2019;13(4):242-244.

　　由创伤、手术及先天畸形引起的软组织缺损在临床实践中十分常见。其中，乳腺良恶性病变术后乳房变形、缺如是乳腺外科常见的软组织缺损类型。随着早期筛查及乳腺癌治疗的重大进展，乳腺癌患者5年总生存率已接近90%【1】。乳房整形重建成为乳腺癌标准治疗的重要组成部分，乳房切除术后修复重建较以往明显增加【2,3】。自体组织重建是乳房修复重建中重要的一类，其中脂肪组织因来源广泛、获取方便并富含干细胞而成为理想的软组织填充物【4】。除自体脂肪移植外，脂肪组织工程致力于依托再生医学技术构建组织工程化脂肪。笔者就采用组织工程方法构建脂肪组织的相关策略和技术进行总结整理。

　　一、种子细胞

　　种子细胞、支架材料及组织微环境是组织工程的三要素。理想的种子细胞不具有免疫原性，来源广泛且能长期保持分化能力。成体干细胞存在于大多数组织中，能终生维持自我更新和多向分化潜能，是组织工程种子细胞的主要来源。

　　脂肪干细胞来源于脂肪组织的间质血管成分，具有较强的增殖能力及多向分化潜能。相较于其他类型成体干细胞，脂肪干细胞来源广泛，且可从皮下脂肪通过吸脂等微创方式获取，优势明显。除脂肪干细胞外，骨髓间充质干细胞也是组织工程常用的种子细胞。脂肪干细胞和骨髓间充质干细胞具有相似的免疫表型、自我更新能力和多向分化潜能【5】。针对乳房整形重建，部分研究探讨了乳腺上皮前体细胞的应用价值。虽然该细胞具有乳腺导管和腺体再生的能力【6,7】，但是，该细胞来源有限及潜在的肿瘤安全性问题限制了其临床应用。虽然部分脂肪组织工程构建策略已实现无外源性干细胞辅助的组织新生，但外源性添加干细胞的多向分化潜能和旁分泌作用可显著提高组织的新生效果【8,9】。

　　众所周知，干细胞参与机体创伤修复及稳态维持。肿瘤作为一种特殊类型的机体创伤，成体干细胞已被证实是肿瘤微环境中的重要组成部分。因此，干细胞的临床安全性，特别是针对肿瘤患者的肿瘤学安全性是众多研究者及临床医师关注的焦点。创伤或炎症组织可通过生长因子、细胞因子及趋化因子等招募干细胞归巢。类似的，肿瘤灶也可通过旁分泌信号招募干细胞归巢至肿瘤灶，参与细胞外基质重塑、肿瘤侵袭、血管新生及免疫监控逃逸等重要病理生理过程【10,11】。干细胞靶向归巢的特性成为众多研究探讨干细胞治疗肿瘤的理论基础。同时，干细胞与肿瘤细胞之间的交互作用也是目前研究的焦点【12,13】。然而，遗憾的是，目前针对这一问题尚无确切答案。部分研究者认为，干细胞可通过直接分化和旁分泌2条途径参与肿瘤血管新生并促进肿瘤侵袭和转移【14,15】，但是，部分研究结论却相反，如Liu等【16】发现脂肪干细胞可抑制肿瘤生长和转移。目前，鲜见临床研究探讨脂肪干细胞等干细胞临床应用的肿瘤学安全性。

　　二、再生微环境及生物材料的构建

　　细胞外微环境是组织再生最重要的因素，对细胞的存活、增殖及分化行为均有决定性作用。合适的生物材料是再生微环境构建的直接载体。良好的生物材料需具备良好的生物相容性、合适的力学性能及降解速率，并可提供适合再生的细胞外微环境。目前，脂肪组织工程研究中常用的生物材料设计及构建策略如下。

　　1、构建脂肪组织的生物学微环境

　　组织微环境十分复杂，采用脱细胞的处理方法可去除组织中的细胞成分，并保留原有组织细胞外微环境的主要成分和三维结构，而后者是组织工程中十分重要的一类生物材料【17,18】。多种组织脱细胞来源的生物材料包括人真皮、猪小肠黏膜上层、猪心瓣膜等，已广泛用于乳房整形、皮肤创伤修复等。大量研究证实，不同组织来源的脱细胞基质材料具有特异的组织诱导性【19,20】。脂肪组织无细胞基质材料的主要成分包括Ⅰ型、Ⅳ型胶原及层黏连蛋白等【21】，含有丰富的生长因子，如血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、转化生长因子β1、白细胞介素1等【22】。这些生长因子参与血管新生及炎症调控，对脂肪新生具有非常重要的作用【9】。大量研究证实，脂肪脱细胞基质支架，无论是水凝胶、膜片状材料或微球，均具有成脂诱导特性【8,9,23】。同时，除人脂肪组织外【9,24】，多种动物来源的脂肪组织均可作为脱细胞基质支架的组织来源，包括猪【8,25】、兔【26】等，为构建脂肪脱细胞基质支架提供了充足的组织来源。目前，脂肪脱细胞基质支架被认为是软组织整形中最具有研发前景的生物材料【9】。

　　2、构建合适的力学微环境

　　除细胞外基质的主要成分外，力学环境也是细胞外微环境的重要因素【27,28】。细胞外微环境的力学信号可被转化为生物化学信号，通过影响细胞黏附和细胞骨架功能介导细胞分化【29】。同时，力学微环境与种子细胞重构形成新生组织所需的细胞外基质相关【30】。基于这一理论，部分研究采用构建工程化力学微环境来设计具有诱导特性的生物材料【31】。Young等【32】证实，不同力学强度脂肪组织脱细胞基质材料的成脂诱导特性具有显著差异，其中最接近脂肪组织的力学强度诱导性能最强。Chandler等【33】构建了光交联的藻酸盐水凝胶，并证实随着生物材料力学强度的增加，脂肪干细胞成脂分化能力降低，但成血管能力增强。因此，在构建高分子材料及复合材料时，模拟目标组织的力学性能也是可选的思路之一。

　　3、构建利于血管新生的微环境

　　有效的血管新生是维持工程化脂肪组织长期存活的关键因素。大量研究证实，血管新生相关生长因子可协同促进脂肪新生【34,35】，同时，脂肪组织分泌的生长因子亦可促进血管新生【36】。部分研究探讨通过制备成血管相关生长因子缓释的支架材料构建适宜血管新生的微环境，从而达到诱导脂肪组织新生的目的。Poon等【22】证实，负载成纤维细胞生长因子的Matrigel水凝胶（小鼠肉瘤细胞分泌的凝胶状蛋白质混合物）植入体内后可观察到大量宿主细胞迁入生物材料内，分化再生形成脂肪组织，而不添加生长因子的Matrigel水凝胶几乎不诱导脂肪新生。相似的现象在搭载血管内皮生长因子的聚乳酸羟基乙酸共聚物聚乙二醇微球中也能观察到【37】。

　　4、体外成脂诱导的应用

　　组织的体外构建是组织工程的经典思路之一。对无组织诱导特性的支架材料，部分研究将干细胞-支架材料复合物在体外成脂诱导数天（14～28天）后植入动物体内【38-40】。Chang等【38】将脂肪干细胞接种于明胶/透明质酸复合物支架，体外预诱导21天后植入裸小鼠及猪的皮下，证实移植物可在动物体内存活，且成脂相关基因持续表达。Zhang等【39】将脂肪干细胞接种于PLGA支架体外成脂诱导14天后植入裸鼠背部皮肤，植入术后12周仍可见移植物内新生的脂肪组织。除动物研究外，部分临床试验探索了体外成脂诱导细胞/组织的整形效果。Jeong等【40】将体外成脂诱导后的脂肪干细胞注射入8例患者皮下，注射2～3周后注射部位明显丰盈，且体积可维持至少1年。

　　三、带血管蒂组织工程化脂肪的构建

　　自体脂肪组织是软组织理想的填充物，然而，游离脂肪组织由于血供较差，重建效果欠佳。以组织工程室技术构建带血管蒂的组织工程化脂肪组织是大容量脂肪移植可选的策略之一。研究者将带血管蒂的少量的脂肪组织放入具有一定硬度的小室中，并将小室及组织一并埋植于皮下或血供丰富区域促进脂肪组织自发生长【41,42】。在组织工程室模型中，脂肪组织自发生长依赖于宿主固有的血管，新生血管以出芽的方式长出，炎性细胞、成纤维细胞及干细胞由血管迁移至小室内参与脂肪组织新生【43】。同时，研究发现，组织工程室可为脂肪组织生长提供氧气、营养物质及组织生长所需要的空间。当扩大组织腔容积时，新生组织大小也随之扩大，提示预留的组织腔大小对组织生长有调控作用【42】。

　　以组织工程室构建的带蒂脂肪瓣具有广泛的临床应用前景，特别是针对大容量的脂肪构建，如乳房重建【44】。在该模型中添加合适的生物材料、生长因子或种子细胞可以明显促进组织新生重构。Walton等【45】证实，小室模型中添加Matrigel或成纤维细胞生长因子后小室内新生脂肪组织明显增加。Zhang等【37】在组织工程小室中添加脂肪干细胞及血管内皮生长因子也可明显增加重构组织的比例，支持脂肪新生。

　　四、结语

　　软组织填充及乳房整形重建的需求在临床实践中十分常见。脂肪组织工程通过种子细胞、生物材料和细胞外微环境构建工程化脂肪组织作为前景可期的软组织再生方案，近年来在细胞外微环境构建及生物材料研发领域取得了长足的进步。干细胞/干细胞-生物材料共培养体系的预诱导、组织特异性生物材料的研发以及构建适宜脂肪新生的微环境是脂肪组织工程常用的策略。

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