脂肪移植研究進(jìn)展

李錦 何澤亮 李曉東

多年來,脂肪移植已被廣泛應(yīng)用于包括乳房重建、放射損傷、創(chuàng)傷后畸形、先天性畸形、瘢痕、燒傷后皮膚移植物下的填充和面部輪廓重建在內(nèi)的重建手術(shù)和整容手術(shù)[1,2]。然而有數(shù)據(jù)顯示,移植后1年內(nèi)脂肪細(xì)胞損失通常超過 50%,重吸收率20%～90%,導(dǎo)致美容效果欠佳[3]。另有研究證明脂肪保留時(shí)間為4周至7年,并且取決于包括移植部位等多個(gè)因素[4]。脂肪移植有4個(gè)階段:脂肪的獲取、加工、植入和移植部位準(zhǔn)備。因?yàn)橛性S多因素會(huì)影響脂肪移植的成活,因此需要對(duì)脂肪移植4個(gè)階段均進(jìn)行優(yōu)化。本文將討論當(dāng)前常用的技術(shù),并對(duì)可能進(jìn)一步改善移植效果的潛在策略進(jìn)行綜述。

1 關(guān)于自體脂肪移植物的存活概念

已經(jīng)有多種理論對(duì)自體脂肪移植物的存活進(jìn)行了描述。包括宿主細(xì)胞替代理論、移植物存活理論、移植物替代理論和三區(qū)理論。這些理論強(qiáng)調(diào)了小份的重要性,以避免滲透脂肪過度擁擠和壞死,并在整個(gè)移植過程中最大限度地減少脂肪細(xì)胞損傷,從而優(yōu)化移植存活率[5]。

1.1 宿主細(xì)胞替代理論 該項(xiàng)理論指出,沒有移植的脂肪細(xì)胞能真正存活,實(shí)際上是這些脂肪細(xì)胞被受體細(xì)胞以及受體部位的纖維組織和血管向內(nèi)生長(zhǎng)所取代,而形成了新的細(xì)胞。

1.2 移植存活理論 此理論則認(rèn)為通過血漿吸收,移植細(xì)胞接受營(yíng)養(yǎng),可以在受體部位存活,直到出現(xiàn)新生血管。

1.3 移植物替代理論 大多數(shù)移植的脂肪細(xì)胞在術(shù)后死亡,并將被移植物中包含的脂肪來源的干細(xì)胞取代;在該理論中,由于供體基質(zhì)血管部分(SVF),脂肪生成和新生血管都是可能的。

1.4 三區(qū)理論 當(dāng)進(jìn)行脂肪移植時(shí),在三個(gè)細(xì)胞區(qū)內(nèi)會(huì)發(fā)生不同的過程。(1)存活區(qū)位干離受體毛細(xì)血管網(wǎng)最近的周圍,是移植細(xì)胞最有可能存活的地方。(2)在這個(gè)區(qū)域的深處,離受體血管網(wǎng)更遠(yuǎn)是再生區(qū),脂肪來源的干細(xì)胞能夠在這里產(chǎn)生新的脂肪細(xì)胞,而移植的脂肪細(xì)胞無法在這個(gè)區(qū)域存活。(3)最里面的區(qū)域是壞死的中心區(qū)域,因?yàn)樗屑?xì)胞都離營(yíng)養(yǎng)源太遠(yuǎn)而無法存活。

2 供體脂肪獲取

自體脂肪移植物用于修復(fù)重建和美容領(lǐng)域已有100多年。它的優(yōu)勢(shì)是受者使用自體脂肪消除了免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn),是其他合成和異種材料的完全替代品。 然而,脂肪移植具有不可預(yù)測(cè)的存活率,會(huì)導(dǎo)致美學(xué)上顯著的容積損失。從供區(qū)取出移植物會(huì)不可避免地破壞血供,由此產(chǎn)生的缺氧被認(rèn)為是移植物損失的主要原因。

有研究表明,取自腹部和大腿內(nèi)側(cè)區(qū)域的脂肪移植物的存活率最高[6],但并未發(fā)現(xiàn)供體部位之間存在顯著差異[1]。有報(bào)告還說,腹部和大腿內(nèi)側(cè)區(qū)域的脂肪干細(xì)胞(ASC)濃度更高[7]。

脂肪抽吸是利用抽吸技術(shù)從身體的特定區(qū)域,例如腹部、臀部、大腿、臀部、手臂或頸部,去除脂肪的一種外科手術(shù)過程,脂肪去除可用于重塑這些區(qū)域的輪廓。 從脂肪收集的角度看,抽脂技術(shù)在過去25年中取得了顯著進(jìn)步。從最初的銳性吸管技術(shù)到連接真空泵的鈍吸管。 從“干”吸脂技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皾瘛蔽夹g(shù)(干式技術(shù)在抽吸前不注射任何液體,失血量為抽吸量的 25%～40%)[8]。

有關(guān)抽吸技術(shù)對(duì)脂肪存活影響:抽吸管尺寸和真空壓力會(huì)影響脂肪細(xì)胞的存活,破壞率高達(dá)90%。 Coleman優(yōu)化了脂肪提取技術(shù)。他采用3 mm鈍針以<300 mm Hg的負(fù)壓抽吸提高了移植物的存活率,此方法獲得了脂肪細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的小“團(tuán)塊”,移植后可能經(jīng)過初始抑制和其后的新血管形成而存活。 較高的負(fù)壓盡管可保留細(xì)胞結(jié)構(gòu),但會(huì)影響脂肪細(xì)胞的功能[9,10]。

細(xì)規(guī)格針頭在抽吸時(shí)所造成的直接創(chuàng)傷會(huì)減少,但需要與脂肪細(xì)胞破壞的增加之間權(quán)衡。14號(hào)的細(xì)管在移植少量脂肪時(shí)有效,但大口徑的吸脂針可減少細(xì)胞破裂、保留組織結(jié)構(gòu)并獲得更好的移植物存活率,尤其是在需要大體積脂肪的情況下,例如在乳房重建手術(shù)中。 與使用 2～4 mm吸脂針收集的脂肪相比,5～6 mm尺寸吸脂針可保留更多活組織、減少移植物重吸收[11]。

事實(shí)上,生物力學(xué)在結(jié)果中也起著至關(guān)重要的作用:在脂肪獲取過程中施加的負(fù)壓會(huì)對(duì)脂肪的長(zhǎng)期存活產(chǎn)生影響。較低的負(fù)壓導(dǎo)致較少的脂肪細(xì)胞破壞和更高的ASC產(chǎn)出,700 mm Hg的負(fù)壓會(huì)破壞許多成熟的脂肪細(xì)胞。200～250 mm Hg的負(fù)壓即可對(duì)脂肪細(xì)胞產(chǎn)生破壞。根據(jù)文獻(xiàn),250～700 mm Hg抽吸會(huì)收獲最有活力的脂肪細(xì)胞,而 250 mm Hg 負(fù)壓是有利于基質(zhì)血管成分(SVF)的最佳壓力[3]。而注射器吸脂還是泵輔助吸脂在細(xì)胞活力、細(xì)胞代謝活性或脂肪生成方面沒有區(qū)別[6]。

3 腫脹液

濕性抽吸溶液和添加劑會(huì)影響移植結(jié)果。 添加利多卡因利于改善疼痛[12],并減少全身麻醉的使用,但需要謹(jǐn)慎的避免毒性。利多卡因的最大劑量為50 mg/kg,因?yàn)槌^該劑量會(huì)增加心律失常的風(fēng)險(xiǎn)[13]。 避免全身麻醉會(huì)使手術(shù)更安全,腎上腺素的使用會(huì)使血管收縮而減少失血[12,14]。 如果獲取脂肪后及時(shí)清洗,腎上腺素對(duì)脂肪活力的影響似乎非常小。雖然對(duì)鎮(zhèn)痛很重要,但利多卡因會(huì)降低葡萄糖的代謝和脂肪細(xì)胞的脂肪分解[15], 并且對(duì)ASC有毒性作用[16],因此,脂肪移植物的存活需要多次洗滌和利用離心機(jī)去除利多卡因。 在動(dòng)物模型中,對(duì)采用利多卡因加腎上腺素和丙胺卡因的方法吸出的脂肪進(jìn)行洗滌對(duì)脂肪移植物的存活率沒有顯著影響,而未洗滌的脂肪移植物纖維化和壞死增加[17]。 這些研究表明,脂肪獲取的最佳解決方案雖可以提高產(chǎn)量,但移植前的處理仍然很重要。但是,也有研究結(jié)果與之相反,作者通過對(duì)移植前后脂肪細(xì)胞分布、生存數(shù)及活力的測(cè)定,認(rèn)為利多卡因不會(huì)對(duì)脂肪移植產(chǎn)生不良影響[18]。

移植物損失的主要原因是由于缺乏再血管化,另有學(xué)者對(duì)不同的脂肪制備技術(shù)研究結(jié)果表明,向腫脹液中添加抗壞血酸可將脂肪細(xì)胞存活率提高14.9%,這可能會(huì)提高移植物總體存活率[19]。作者認(rèn)為SVF的產(chǎn)出數(shù)量和質(zhì)量在不同的供體會(huì)有很大的變異,而很少有人注意到腫脹液對(duì)于改善移植物成活的影響。而且,對(duì)于移植物的最終保留體積究竟是移植的脂肪細(xì)胞還是轉(zhuǎn)移的SVF最終分化程脂肪細(xì)胞尚有爭(zhēng)議。盡管脂肪細(xì)胞的存活可能決定脂肪移植時(shí)的移植物體積,SVF細(xì)胞的數(shù)量和質(zhì)量已被證明能強(qiáng)烈影響脂肪移植的長(zhǎng)期結(jié)果。然而,因移植后脂肪細(xì)胞旁分泌作用,其成活能夠促進(jìn)SVF細(xì)胞更好地分化從而維持更好的組織容量。

移植物損失的主要原因是由于缺乏再血管化,已有研究對(duì)脂肪抽吸物在體外補(bǔ)充已知可促進(jìn)血管生成和成脂分化的試劑。 此類藥劑包括細(xì)胞增殖細(xì)胞因子,如白細(xì)胞介素-8[20]。吲哚美辛和褪黑激素已被證明可以改善移植物體積,促進(jìn)血管生成并抑制炎性反應(yīng)[21]。而外泌體應(yīng)用后也可促進(jìn)脂肪組織的成活及容量的保留,被認(rèn)為與其促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化有關(guān)[22]。

由于再空泡化是脂肪移植物長(zhǎng)期存活的關(guān)鍵,因此假設(shè)添加各種細(xì)胞因子可以提高移植物的成功率。一些已知具有血管生成活性的成分已進(jìn)行了研究,包括瘦素、脂聯(lián)素、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血小板衍生生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)[23]。VEGF-A 是脂肪細(xì)胞中非常重要的生長(zhǎng)因子,脂肪細(xì)胞組織中 VEGF-A 的過度表達(dá)會(huì)迅速觸發(fā)血管生成,因此具有作為促進(jìn)脂肪移植物存活的添加劑的潛力[4]。

添加到脂肪抽吸物中的富含血小板的血漿提高了移植物的存活率(其血小板數(shù)量是血液的 3～4 倍)。 富含血小板的血漿被認(rèn)為通過一系列生長(zhǎng)因子(TGF-β、PDGF-BB、VEGF、EGF、IGF1)促進(jìn)血管生成;激活成纖維細(xì)胞;并通過聚合提供支架[25]。

4 脂肪處理

多種復(fù)雜的因素造成難以確定最佳的脂肪處理和加工技術(shù)。脂肪組織由成熟的脂肪細(xì)胞、基質(zhì)血管細(xì)胞、血管、淋巴結(jié)組成,并受神經(jīng)支配。吸脂物不僅含有脂肪細(xì)胞,還含有膠原纖維、血液和碎片。而且還包含添加入腫脹液中的成分。因此脂肪加工很重要,有害的因素會(huì)導(dǎo)致移植部位炎癥。

脂肪細(xì)胞被收集后,需要通過各種方法將脂肪抽吸物與腫脹溶液和脂質(zhì)層分離。該油層還包含成熟的脂肪細(xì)胞和一些其他細(xì)胞類型。目前位于離心樣品的SVF包含能夠分化為脂肪細(xì)胞的干細(xì)胞等一系列細(xì)胞類型。已經(jīng)嘗試了各種分離技術(shù),包括沉降、傾析、過濾、篩網(wǎng)或紗布滾動(dòng)以及用各種溶液洗滌。Fisher等[26]回顧脂肪處理方法發(fā)現(xiàn),紗布滾動(dòng)(包括在不粘紗布?jí)|上輕輕滾動(dòng)脂肪抽吸物)是一種比標(biāo)準(zhǔn)離心技術(shù)更溫和的去除血液和油脂的方法,具有更好的 SVF 細(xì)胞產(chǎn)量和脂肪移植物保留率。 據(jù)報(bào)道,商業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)(Puregraf;Cytori Therapeutics, Inc., San Diego, CA)最適合去除外來血液和油脂,并具有最佳的脂肪組織存活率[3]。 研究表明,設(shè)計(jì)更好的可以控制加速/減速離心機(jī)對(duì)胰島或脂肪等脆弱組織的損傷要小得多[27], 用于臨床脂肪移植,可能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)離心機(jī)。

脂肪抽吸物可以靜置并倒出,但離心可提供更大的細(xì)胞活力[28],從而成為最流行的分離技術(shù)。它相對(duì)簡(jiǎn)單并提供足夠濃度的 SVF,而后者對(duì)移植物存活至關(guān)重要,有結(jié)果表明,含有SVF的移植物長(zhǎng)期保留率明顯高于Coleman脂肪移植物[29]。SVF中含有具有旁分泌作用的間充質(zhì)干細(xì)胞的數(shù)量約為(0.5～2.0)× 106個(gè)/g,高于骨髓[30]。干細(xì)胞能夠分化為脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞,這些細(xì)胞對(duì)于構(gòu)建參與傷口愈合的毛細(xì)血管十分重要。 SVF 還通過分泌包括VEGF和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)在內(nèi)的生長(zhǎng)因子來增加血管分布,并減少壞死、纖維化和鈣化[28]。 它們通過增加抗炎因子表達(dá)和增加M2 型巨噬細(xì)胞而發(fā)揮抗炎作用:如白細(xì)胞介素-10、前列腺素、干擾素-γ、HGF[30,31,32]。 它們還具有通過減少白細(xì)胞浸潤(rùn)(CD3+)和抑制促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子(TNF)-α 或白細(xì)胞介素 6[32]來抑制局部炎性反應(yīng)的潛力。

Zhang[29]在 1987 年優(yōu)化了離心技術(shù),這是當(dāng)前成功分離用于脂肪移植的脂肪基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn),其使用的是3 000 r/min 的速度 3 min,離心后的沉淀在移植前可在 37℃下儲(chǔ)存[28]。而較慢的離心速度的結(jié)果則各不相同,而>3 000 r的離心則會(huì)導(dǎo)致脂肪細(xì)胞顯著破壞[3]。

脂肪來源的干細(xì)胞(ADSC)對(duì)面部年輕化安全有效,但收獲ADSC需要一些技術(shù)、技能和足夠的設(shè)備。它在許多機(jī)制上均可改善皮膚質(zhì)量,優(yōu)于其他已知的抗衰老劑。ADSC促進(jìn)真皮的重塑,這一點(diǎn)在疤痕治療和改善真皮厚度方面很重要。由于紫外線輻射、污染、飲食和吸煙等原因,氧化應(yīng)激永久存在。而ADSCs具有抗氧化作用并能保護(hù)成纖維細(xì)胞DNA免受自由基的侵害。此外,它們還能刺激膠原蛋白、彈性蛋白和抗炎細(xì)胞因子的分泌。這些特性使ADSC成為理想的天然抗衰老解決方案[34]。

ADSC群可以通過二次離心步驟從 SVF 中進(jìn)一步分離[29]。 在脂肪移植之前添加 ASC 可以增強(qiáng)效果。 補(bǔ)充添加物后的脂肪移植物表現(xiàn)出脂肪細(xì)胞存活率和移植物保留率更高。在臨床中,這種細(xì)胞輔助吸脂技術(shù)已被用于大體積脂肪移植,如乳房重建,以及顱面手術(shù)中使用的較小脂肪體積。 在異種移植模型中,脂肪保留率提高了 20%[35]。

5 注射技術(shù)和移植部位

注射技術(shù)對(duì)于移植物存活和血管形成也很重要。 需要考慮的因素包括受區(qū)的血管分布、注射力量、針頭大小和移植后組織壓力以及移植物體積。

可能是由于移植物空泡化的增強(qiáng),移植到年輕受者的脂肪移植物顯示出體積維持的更大更持久,但這方面仍需要進(jìn)行更多的研究[36]。

注射針的長(zhǎng)度因注射部位而異,面部為5～9 cm,身體為9～15 cm。根據(jù)身體部位的不同,注射針直徑通常比吸脂針小,從2 mm到27號(hào)針。由于基本物理原理,針的長(zhǎng)度和橫截面是重要因素。管子內(nèi)徑每減半,阻力增加 16 倍。 管子長(zhǎng)度每增加1倍,阻力就會(huì)增加1倍。針頭越大越短,產(chǎn)生足夠流量所需的壓力就越低(簡(jiǎn)化的伯努利方程)[34]。

較低的壓力會(huì)減小對(duì)移植物存活的危害,同時(shí)剪切力是影響移植物存活率的重要因素。已有研究顯示,注射速度較慢且具有低剪切應(yīng)力的脂肪移植物比具有較高剪切應(yīng)力的脂肪移植物具有明顯更好的結(jié)果[37]。目前的做法是使用小的“意大利面條式”移植物的效果很好,提供了良好的移植物存活率。較新的使用多個(gè)注入點(diǎn)多層次多隧道的3D技術(shù)可能會(huì)提供更好的美學(xué)效果。

與使用改進(jìn)的 Coleman 技術(shù)注射的脂肪相比,注射體積標(biāo)準(zhǔn)化并確保注射過程中的剪切應(yīng)力最小,從而可以達(dá)到更大的脂肪保留量?？偟膩碚f,這些策略優(yōu)化了脂肪移植的生物力學(xué)[3]。注射移植物后組織壓力的增加顯著減少了注射部位的毛細(xì)血管循環(huán),減少了氧氣供應(yīng),從而減少了移植物的存活,因此注射部位的解剖很重要, 有時(shí)會(huì)在移植部位產(chǎn)生一種微型的腔隙綜合征[38],會(huì)導(dǎo)致手術(shù)后出血或腫脹。 但這也移植啟發(fā)了手術(shù)前使用外部皮膚擴(kuò)張器伸展皮膚以留出更多內(nèi)部空間。 外部皮膚擴(kuò)張的優(yōu)點(diǎn)包括保持皮膚完整性、乳房再造手術(shù)中獲得更多皮膚的、減少空間中的組織間壓力和縮短手術(shù)時(shí)間。第一個(gè)研究的外部皮膚擴(kuò)張裝置被稱為 Brava,它是一種非侵入性吸引裝置。 在隆胸和重建之前使用可以改善再血管化[39]。但根據(jù)使用要求,需要在術(shù)前每天佩戴10～24 h持續(xù)2～4周,這會(huì)導(dǎo)致患者依從性和持續(xù)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問題。

乳房腫瘤術(shù)后放療的患者接受脂肪移植后,可緩解放療的影響,且對(duì)后續(xù)進(jìn)行的乳房重建手術(shù)有更好的美容效果[40]。 正是因?yàn)榭梢悦黠@減輕放療對(duì)局部的不利影響,更有學(xué)者認(rèn)為,脂肪移植是乳癌放療術(shù)后不可或缺的治療手段[41]。細(xì)胞輔助的脂肪移植治療應(yīng)用于隆胸后取得了更加顯著的效果[42]。但是,對(duì)于乳房腫瘤術(shù)后接受放療的患者應(yīng)用脂肪移植也仍有專家提出應(yīng)嚴(yán)格權(quán)衡益處與其可能的風(fēng)險(xiǎn)[43]。

在改善脂肪移植物存活率、提高血管分布(血管密度)、促進(jìn)細(xì)胞增殖和減少囊腫形成方面,使用細(xì)胞增殖因子也得到較好的結(jié)果。 VEGF是一種已知的血管生成劑,與脂肪移植物一起使用時(shí)已成功促進(jìn)血管形成和內(nèi)皮細(xì)胞分化,改善增殖和移植物存活[44]。 白細(xì)胞介素-8是另一種有效的血管生成促進(jìn)劑,可吸引血管形成所需的炎癥細(xì)胞和成纖維細(xì)胞。 當(dāng)添加到移植部位時(shí),白介素減少了囊腫的形成并提高了脂肪細(xì)胞的活力[45]。還有其他潛在的藥物可以提高脂肪移植物的存活率,這是一個(gè)需要進(jìn)一步探索的領(lǐng)域。 應(yīng)考慮已知可增加血管生成、細(xì)胞增殖和存活的化合物。 這些試劑可以包括促紅細(xì)胞生成素、胰島素生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、富含血小板的血漿、血小板衍生的生長(zhǎng)因子和富含血清的無血清細(xì)胞培養(yǎng)基。

移植部位的手術(shù)后規(guī)范護(hù)理包括不縫合注射部位的小切口以降低壓力,而是在皮膚上貼上微泡沫或類似的膠帶。6周內(nèi)應(yīng)避免對(duì)移植部位施加任何額外壓力,以再次降低移植部位壓力。

脂肪移植已用于重建和美容手術(shù),也可明顯改善受放射治療后影響的組織。 目前脂肪移植的存活率較低,其取決于供體、供區(qū)、獲取技術(shù)、脂肪加工、注射技術(shù)以及受體部位。但國(guó)際上對(duì)脂肪移植技術(shù)都表現(xiàn)出了濃厚的興趣[46],甚至涌現(xiàn)出了新的脂肪移植策略,即脂肪成分移植(adipose component transplantation,ACT),該策略可以產(chǎn)生不同的脂肪產(chǎn)物,應(yīng)用于特定的注射部位[47]。

使用逐漸加速和減速的離心機(jī)可以提高加工過程中的脂肪細(xì)胞存活率。這些離心機(jī)還可以提供更好基質(zhì)血管部分的分離。促進(jìn)脂肪移植物增殖和血管形成的藥物還需要進(jìn)一步探索,而且需要更多的臨床試驗(yàn)來研究脂肪洗滌、離心和移植技術(shù),以更加優(yōu)化患者的安全性和脂肪移植的結(jié)果。