生物技術(shù)與移植醫(yī)學(xué)的里程碑—羊膜

邵 毅 苗春云 余 瑤

1.南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科，江西南昌 330006； 2.江西瑞濟(jì)生物工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330012；3.南昌市第三醫(yī)院，江西南昌 330009

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和循證醫(yī)學(xué)的出現(xiàn)，社會經(jīng)濟(jì)及現(xiàn)代科技的進(jìn)步，需要組織移植的患者逐年遞增，羊膜的開發(fā)和應(yīng)用也以螺旋式向前發(fā)展?，F(xiàn)今成熟而現(xiàn)代化的組織制備技術(shù)，使羊膜材料性能不斷提高和改善，羊膜移植技術(shù)從基礎(chǔ)研究深度、手術(shù)技巧、手術(shù)器械到儀器設(shè)備都得到了快速發(fā)展，眾多患者得益于各種羊膜材料的應(yīng)用，各種創(chuàng)傷性疾病得到了有效、及時的治療而得以恢復(fù)。隨著羊膜移植手術(shù)的日臻完善，人們對術(shù)后生活質(zhì)量和舒適度的要求亦日漸提高，手術(shù)的目的已從僅是恢復(fù)功能向個體化手術(shù)轉(zhuǎn)變，個體化羊膜移植手術(shù)已是整個羊膜移植手術(shù)發(fā)展趨勢的必然結(jié)果。

1 羊膜的特點

人羊膜是從細(xì)胞滋養(yǎng)層衍化而來，是兩層胎膜的內(nèi)層。正常羊膜薄而透明，無血管、淋巴管，厚度為0.02～0.05 mm。光鏡下羊膜分上皮細(xì)胞層、基底膜、致密層、纖維母細(xì)胞層、海綿層，而現(xiàn)在臨床移植所用的羊膜組織通常只含有上皮細(xì)胞層、基底層和致密層結(jié)構(gòu)。根據(jù)羊膜生物活性成分研究現(xiàn)狀，按性狀和作用分為3大類：基質(zhì)成分、生長因子和酶類。基質(zhì)成分主要包括膠原、層粘連蛋白（LN）；生長因子主要有表皮生長因子、角質(zhì)細(xì)胞生長因子、肝細(xì)胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、TGF-α，TGF-β1，TGF-β2，TGF-β3等及其相應(yīng)的mRNA；酶類則包括基質(zhì)金屬蛋白酶、神經(jīng)營養(yǎng)因子（神經(jīng)營養(yǎng)素、神經(jīng)細(xì)胞分裂素、 成纖維細(xì)胞生長因子、膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、胰島素樣生長因子等）、α1-抗胰蛋白酶、α2-巨球蛋白酶、α2-抗糜蛋白酶等。羊膜不表達(dá)人類白細(xì)胞抗原（HLA）-Ⅱ類抗原，含少量的HLA-A,B,C和DR抗原以及β2-微球蛋白，抗原性極低，用于異體移植時一般不產(chǎn)生排斥反應(yīng)。

2 羊膜的采集與標(biāo)準(zhǔn)

適齡健康剖宮產(chǎn)婦，取產(chǎn)后2 ～ 4 h胎盤。全身細(xì)菌性、病毒性或真菌性敗血癥或膿毒血癥；病毒性肝炎；狂犬??；嬰幼兒先天性風(fēng)疹；懷疑或確診病毒引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾?。慌c病毒感染有關(guān)的惡性腫瘤；嚴(yán)重宮內(nèi)或產(chǎn)道感染；母親或胎兒患先天性或遺傳性疾??；AIDS病均視為供體羊膜采集的絕對禁忌證。

3 羊膜的分類和作用

目前羊膜主要有固體羊膜和液態(tài)羊膜兩種，固態(tài)羊膜又分為新鮮、冷凍、冷凍干燥、生物復(fù)合型及藥物羊膜等，而液態(tài)羊膜目前主要有羊膜上清液、羊膜提取液等。羊膜具有促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移、抑制炎癥和新生血管、逆轉(zhuǎn)上皮鱗狀化生[1]、減輕纖維化的作用，此外羊膜還具有抗微生物特性、抗凋亡作用和免疫調(diào)節(jié)作用。

4 羊膜的特性研究

目前，羊膜已作為細(xì)胞培養(yǎng)載體、分子生物篩、膜控釋藥系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究?？茖W(xué)家們利用羊膜上培養(yǎng)角膜、各種黏膜細(xì)胞用于眼表和口腔重建，在羊膜上培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)神經(jīng)缺損，培養(yǎng)表皮細(xì)胞及其前體細(xì)胞用于表皮重建，培養(yǎng)軟骨細(xì)胞修復(fù)軟骨缺損，培養(yǎng)成纖維細(xì)胞修復(fù)肌腱，培養(yǎng)膀胱細(xì)胞用于膀胱重建等。此外，還可通過培養(yǎng)多種胚胎和成體干細(xì)胞用于組織和細(xì)胞重建。羊膜由于致密層和海綿層膠原纖維形成的分子篩立體構(gòu)型，能通透多種中小分子，可以作為多種藥物的分子生物篩。此外，羊膜還能通過生物學(xué)改良的方式成為良好的藥物載體，能容納大量藥物分子，并隨著羊膜的緩慢降解在較長時間內(nèi)逐步釋放，維持局部有效藥物濃度，成為良好的膜控半定量釋藥系統(tǒng)。

羊膜活細(xì)胞制品是從羊膜中分離出細(xì)胞成分，經(jīng)過一定的培養(yǎng)或分化制成具有多種用途的生物制品，可供分離的細(xì)胞包括羊膜上皮細(xì)胞及羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞。人羊膜上皮細(xì)胞是胎盤羊膜經(jīng)膠原酶和胰蛋白酶消化后獲得的，具有眼表重建的潛在運用價值。此外，分離的羊膜上皮細(xì)胞通過5-氮雜胞苷和抗壞血酸磷酸鹽誘導(dǎo)后，表達(dá)心肌特異性轉(zhuǎn)錄因子Nkx2.5mRNA和GATA-4mRNA，可能成為細(xì)胞心肌成形術(shù)的候選供體細(xì)胞。此外，羊膜上皮細(xì)胞還有助于阻止藥物導(dǎo)致的肺損傷。近年來，許多研究表明羊膜上皮細(xì)胞可合成和分泌多種神經(jīng)遞質(zhì)及神經(jīng)營養(yǎng)因子，使其有望成為神經(jīng)損傷后細(xì)胞治療的來源之一，將其移植入脊髓損傷部位后可以存活至少3周并在移植部位有明顯遷移。而從人羊膜中分離的間充質(zhì)細(xì)胞具有干細(xì)胞特性，可分化成心肌樣細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、腦細(xì)胞等和成骨細(xì)胞等，可作為組織工程種子細(xì)胞的新來源。并與纖維蛋白膠結(jié)合，可用于神經(jīng)替代、心肌梗死、糖尿病、骨組織工程、整形外科等治療，是目前細(xì)胞替代治療的新途徑。

5 羊膜的應(yīng)用研究

人羊膜含有膠原、糖蛋白、蛋白多糖、整合素和板層體等多種成分,表達(dá)多種生長因子及其mRNA的相關(guān)蛋白,能為細(xì)胞的增殖、分化提供豐富的營養(yǎng)成分,有利于細(xì)胞的生長繁殖；基底膜較厚,有利于上皮細(xì)胞的貼附和移行,促進(jìn)上皮化,防止其凋亡；組織相容性好,不表達(dá)人類白細(xì)胞抗原,羊膜異體移植后不誘導(dǎo)排斥反應(yīng)；容易得到,且可塑性好,易于加工處理。所以,人羊膜是組織工程支架的理想材料，在臨床上有良好的應(yīng)用前景。目前，羊膜已作為膠原纖維支架、生物敷料、植入材料、 黏膜替代材料等，通過覆蓋、移植、填充或成分吸收，廣泛應(yīng)用于眼科、皮膚科、口腔科、腦外科、燒傷外科[2]、整形外科、泌尿外科、血管外科、婦科、腹部、骨盆和耳鼻喉手術(shù)等重建黏膜、血管、肌腱和皮膚組織。

5.1 羊膜在眼科的應(yīng)用

羊膜被認(rèn)為是組織工程角膜上皮的最佳載體。目前，羊膜不僅作為細(xì)胞支架應(yīng)用于重建眼表，包括結(jié)膜大面積缺損、角結(jié)膜燒傷、瞼球粘連[3]、翼狀胬肉、角膜穿孔等，還可以聯(lián)合角膜材料用于各種營養(yǎng)性、真菌性、大泡性、蠶食性角膜潰瘍及角膜迷離瘤、角膜原位癌等多種腫瘤，同時，還作為機械阻隔材料廣泛應(yīng)用于青光眼、鼻淚管阻塞、斜視、淚道重建和封閉視網(wǎng)膜裂口。此外，何偉[4]將其用作淚道栓子材料治療干眼和通過體外培養(yǎng)人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞進(jìn)行視網(wǎng)膜移植。筆者的最新研究成果顯示，羊膜還可以逆轉(zhuǎn)結(jié)膜鱗狀化生，用于中重度干眼和Stevents-Johnson綜合征等疾病的治療[1]。

5.2 羊膜在口腔科的應(yīng)用

羊膜作為生物敷料治療口腔糜爛，具有促進(jìn)新生毛細(xì)血管形成、加速表層黏膜生長作用，減少體液丟失，控制并防止細(xì)菌污染創(chuàng)面，起到生物敷料屏障作用，用于唇黏膜糜爛、口腔黏膜燒傷治療，療效顯著[5]。羊膜覆蓋于硬組織表面可以成活，促進(jìn)牙齦上皮、肉芽組織、膠原蛋白的形成，具有成血管作用，可用于牙齦缺損修補、前庭黏膜修補和口腔組織重建。羊膜具有的抗瘢痕纖維化功能，能減少瘢痕形成，可用于口鼻瘺修補及腭部軟組織缺損[6]。

5.3 羊膜在腦外科的應(yīng)用

人羊膜是生物相容性良好的半透膜,含有多種促進(jìn)神經(jīng)再生的成分,其中LN 一直被認(rèn)為是最有效的神經(jīng)生長促進(jìn)因子。研究發(fā)現(xiàn)LN22 （α2、β1、γ1）和LN28（α4、β1、γ1）對于出生后神經(jīng)發(fā)育和損傷后軸索再生非常重要。有學(xué)者將羊膜細(xì)胞外基質(zhì)制成結(jié)締組織，基質(zhì)薄片制成神經(jīng)導(dǎo)管，用于修復(fù)坐骨神經(jīng)缺損，效果顯著。此外，羊膜還可作為生物敷料應(yīng)用于硬脊膜損傷修復(fù)、創(chuàng)傷性腦損傷和癲癇的治療。羊膜上皮細(xì)胞還可用于帕金森病和脊髓損傷的治療。有學(xué)者發(fā)明了一種人造硬腦膜，是在人羊膜層上粘合著小腸黏膜下層，所組合成的“腦膜”具有人體硬腦膜的機械抗張能力和蛛網(wǎng)膜的抗粘連的雙重功能，易于與硬腦膜等修補縫合，密封性好，生物相容性好，與正常組織愈合良好，還可用于胸膜、腹膜等缺損修補，適用范圍廣。另有學(xué)者采用慢病毒載體轉(zhuǎn)染的方法將外源性基因轉(zhuǎn)入人羊膜細(xì)胞，將其移植入腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)對腦缺血性疾病有明顯的治療作用[7]，這一成果為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供了新的治療途徑。

5.4 羊膜在皮膚科的應(yīng)用

以人羊膜為支架,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和表皮細(xì)胞作為組織工程種子細(xì)胞,共同移植修復(fù)開放創(chuàng)性皮膚損傷創(chuàng)面,有較好的促愈合效果，可重建皮膚缺損的表皮。此外，羊膜的多種生長因子還能促進(jìn)糖尿病難愈性皮膚潰瘍的愈合，有很好的促修復(fù)和抗瘢痕效果。此外，皮膚濕疹、皮膚燒傷、放射性皮炎、天皰瘡又是羊膜移植很好的適應(yīng)證。

5.5 羊膜在骨科的應(yīng)用

研究顯示，較強的抗炎、抗瘢痕作用使羊膜在關(guān)節(jié)腔形成術(shù)、開放性骨折、骨干骨折術(shù)后發(fā)揮著良好的作用；羊膜表現(xiàn)的良好的吸水性、細(xì)胞吸附性和體外生物相容性,能使髁突細(xì)胞可在其上黏附、增殖,因此適于作為髁突組織工程支架材。此外，應(yīng)用羊膜為載體養(yǎng)游離軟骨細(xì)胞修復(fù)軟骨缺損,術(shù)后軟骨缺損區(qū)新生了透明軟骨。

5.6 羊膜在泌尿外科的應(yīng)用

應(yīng)用羊膜作為支架,恢復(fù)狹窄或者缺損的尿路;或在羊膜上培養(yǎng)尿路上皮細(xì)胞再移植回體內(nèi)代替缺損的泌尿器官，是近年來泌尿外科學(xué)者研究熱點之一。早在1987年, Fishman等[8]將人羊膜用于狗膀胱的重建。學(xué)者將老鼠的尿路上皮細(xì)胞培養(yǎng)于人羊膜發(fā)現(xiàn)羊膜上的尿路上皮生長良好，并將其移植回老鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)可形成有功能的膀胱。此外，羊膜移植可用于男性尿道狹窄、瘢痕性尿道閉鎖和大段輸尿管缺損的治療。

5.7 羊膜在肌腱粘連的應(yīng)用

細(xì)胞外基質(zhì)作為分子生物材料屏障能有效預(yù)防跟腱黏連，一直被認(rèn)為是一種較為理想的預(yù)防跟腱黏連的生物材料。羊膜中豐富的營養(yǎng)因子和較強的抗炎作用使羊膜在修補受損肌腱和構(gòu)建組織工程肌腱中發(fā)揮了一定的作用。以成纖維細(xì)胞為組織工程種子細(xì)胞,選用羊膜細(xì)胞外基質(zhì)作為負(fù)載細(xì)胞的材料,能修復(fù)部分跟腱缺損 ,可作為肌腱修復(fù)的一種選擇方法。

此外，羊膜還可用于十二指腸及肛管上皮缺損、血管重建，陰道修補、鼓膜成形及穿孔修補等，是目前良好的生物修補材料之一。

目前國內(nèi)正式生產(chǎn)廠家不多，各醫(yī)院臨床所用羊膜均為自行剝制的新鮮羊膜，但有一定的局限性，如手術(shù)受羊膜來源的限制，必須低溫保存，時間短，臨床使用不方便，且存在法律風(fēng)險、不能保證隨時供應(yīng)、質(zhì)量無法保證等。羊膜生產(chǎn)實現(xiàn)了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化后，通過冷凍干燥技術(shù)、60Co輻照滅菌，解決了常溫保存、常溫運輸，使用方便，為實現(xiàn)羊膜的普及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。藥物羊膜、凹凸羊膜和個性化羊膜等各種新型生物羊膜制品是人們根據(jù)羊膜的特性研發(fā)出來的、適用于各類生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的羊膜產(chǎn)品。相信通過今后各種技術(shù)的完善與改進(jìn)，羊膜及其制品將會對醫(yī)學(xué)特別是眼科學(xué)的發(fā)展起到更加重要的作用。

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