燒燙傷患者的福音,醫材新科技重建人體防護罩

作者 | 發布日期 2015 年 07 月 04 日 0:00 | 分類 3D列印 , 醫療科技 follow us in feedly
下載自路透

6 月 27 日發生的塵爆意外讓許多家庭都心碎了,即使是平安的民眾,看著電視播放滿身紗布的傷者、疲於換藥的醫護人員、擔心焦急的家屬等畫面,這一幕幕簡直揪心。



在醫學領域裡,燒燙傷的傷口始終是非常大的挑戰,因為皮膚是人體的第一道保護防線,一旦燒燙傷面積太大就會造成前線機制崩潰,緊接著有脫水、感染、失溫等棘手問題,因此在做治療時,除了盡力維持住患者的全身狀況,最重要就是重建人體的防護罩。

從生理上來說,當燒燙傷深度影響到真皮層的網狀層(屬深二度燒傷),就無法自行癒合而需要植皮手術,而來源只能由患者自體皮供給,因為他人的皮膚會造細胞強烈排斥反應,即便是屍皮也僅能短暫覆蓋用。然而醫療現場最常碰到的問題,就是患者健康皮膚所剩不多,量不足以修補患處;或者剛補完皮的傷口需要外層保護,這些情況就需要人工皮及敷料充當皮膚替代物(skin substitutes)。

慶幸的是燒燙傷醫學發展至今,已有多種發明,比如具備抗菌功能的含銀敷料、維持傷口濕度的藻膠類人工皮,或日本捐助台灣的不沾黏矽膠紗布等,它們各具保護、容易替換、維持適合傷口癒合環境的優點。

但是,現今燒燙傷的醫材市場,是否還有其他更棒的發明呢?

 

再生醫學的體現──自體細胞噴霧 ReCell Spray

近年來,再生醫學(Regeneration medicine)已成顯學,什麼是再生醫學呢?根據美國國家衛生研究院(NIH)的定義:利用健康細胞來修復、重組及取代受損細胞功能或組織,來讓受傷細胞或組織重新恢復功能。

可惜現在醫學界還無法單靠人類細胞就培植出一隻手、一隻耳朵來移植,但已有科學家發明自體細胞培植的噴霧,可應用在燒燙傷傷口上加速癒合。

這產品稱為 ReCell Spray,由英國 Avita Medical Limited 醫療設備公司開發,作法是取患者一小塊(比如郵票大小)的健康皮,深度必須深及真皮層,之後將取出組織以胰蛋白酵溶解,並經由實驗室優化,大概只需要半小時的時間就能萃取出包含角化細胞(keratinocytes)、蘭格罕式細胞(Langerhans)、纖維母細胞(fibroblasts)和黑色素細胞(melanocytes),以及細胞激素、伴護蛋白(chaperones)、生長因子的特殊懸浮液,它們分別影響上皮新生、免疫調控、肉芽組織生長、正常色素化以及生長的功能。

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(Source:Avita

使用 ReCell 最大的優點之一,是能夠減少自體植皮的面積,因為取出的樣本細胞本身並沒有聚集或相連,所以能夠被高度複製,以液體的形式應用在大範圍的燒傷傷口。假設你從患者健康的皮膚上取出面積 1 平方公分的樣本,製作出來的噴劑,可以使用在比樣本大 80 倍的傷口,能夠被廣泛的使用。

其他優點包含製程迅速,因為它是撒上原料然後以人體當作培養皿去生長,可以省去傳統實驗室培養自體細胞的耗時;此外這些組織是來自於患者本身,因此不用擔心排斥反應或遭他人傳染。而經過實驗證實,使用 ReCell 能減少疤痕生成,增進癒合後的美觀。

ReCell 可以應用在燒傷面積達 10-50% 人體表面積(TBSA)的患者,或者自體取皮(Split thickness skin graft)的傷口處。這對臨床醫師的意義在於說傳統取皮手術受限於健康供皮區不足,常採取的作法是將取皮的皮膚網狀放大置放於傷口上,但如果健康皮所剩不多不夠修補時,就會等取皮區癒合再安排二次手術,因此嚴重的病人身上總有待癒合的傷口,還需要多次手術。

ReCell 特點是使用範圍大,又能加速傷口癒合,因此減少取皮的次數、大小,以及復原的時間。

 

膠原蛋白的革新──VitriBand

日本佐賀大學和農業生物資源機構(Saga University and the National Institute of Agrobiological Science)合作一項關於膠原蛋白的研究,近日刊登在《傷口癒合及再生醫療期刊》(medical journal Wound Repair and Regeneration)。

事實上,將膠原蛋白應用在皮膚替代物的發展已久,主因是它對於皮膚是很重要的成分,膠原蛋白特殊的生物交互作用結構就像個鷹架一般,能夠誘導細胞長入,在這架構下穩定生長、分裂。

佐賀大學的發明──VitriBand 無細胞系絆創膏型,著重在優化萃取出的膠原蛋白,且設計成像貼布一般方便使用,它的結構基礎是表面塗覆矽膠的聚酯層(polyethylene terephthalate),再和乾燥的膠原蛋白膜(Vitrigel membrane)做結合。

而這膠原蛋白的來源是由豬身上提煉,稱為 Atelocollagen,特性是非常薄但能夠抵抗撕裂力量,根據研究者 Toshiaki Takezawa 表示:相較於其他膠原蛋白,Atelocollagen 輕薄好操作,而且不易引發患者的過敏反應,同時減少引發副作用的機率。

研究室做了動物實驗,實驗組採用 VitriBand,對照組則是未使用任何敷料,結果發現使用 VitriBand 提升上皮化程度而抑制再生細胞過度的發炎反應,因此能加速癒合,效果十分優異,但 VitriBand 只能當作手術前的皮膚替代物,一旦患者穩定還是必須接受植皮來重建。

VitriBand 的優點包含便宜、容易生產,而且在室溫下可以保存非常久的時間,即便醫院缺乏治療嚴重燒燙傷病人的設備時,也能用貼人工敷料當第一線的治療。

參與研究的製藥公司(Yutoku Pharmaceutical Ind)表示目前著重在和醫院以及地方醫療機構合作,預計未來採非處方藥(Over the counter drugs)的通路方式,讓民眾能在藥局購買。

 

3D 列印──PrintAlive Bioprinter

隨著 3D 列印風潮興起,科學家便思索著是否能藉由列印皮膚,取代傳統病人自體取皮的痛楚。而來自多倫多大學的兩位博士生 Arianna McAllister 和 Lian Leng,便藉由改革 3D 生物打印機獲得 2014 年國際著名發明獎(James Dyson Awards )。

這個稱為 PrintAlive 產品,能列印出和真實皮膚相似度極高的人工皮,而且機器體積小、打印速度快,成本也較其他相似產品低。

PrintAlive 的產品特質主要分為兩方面:材料和技術。材料取自患者的角質細胞(keratinocytes)和纖維母細胞(fibroblast cells),這兩種物質充當線材,經過實驗室分析和複製後,和充當支架的生物聚合物混和做成活性凝膠。為何選擇這兩種細胞呢?因為角質細胞是表皮層重要的細胞,而纖維母細胞則是結締組織中最多的細胞,以這兩種為原料,就能模擬創建皮膚的表皮和真皮層。

Arianna McAllister 和 Lian Leng 有感於現今的生物列印機無法製造出材質分層的複雜性,因此決定自行設計來突破 3D 列印科技的瓶頸,他們的技術並不是傳統層層疊印的方式來製皮,而是採用微流體匣片技術(microfluidic cartridge-based technology),他們的墨匣盒內有兩個微小分隔道,裡面充填表皮和真皮細胞液,當印刷時,液體和液體會融合變成膠狀,最後皮層被列印在一起,因此這產品模擬出組織的階層式架構(hierarchical architectures),精確列印人工皮層的厚度、細胞的組成和立體排列結構,最終打印出的成品,就像一個具備活性的繃帶,非常適合燒燙傷口。

www.psfk.com

(Source:www.psfk.com

PrintAlive 克服幾個燒燙傷治療的棘手問題,第一,水凝膠可以短時間之內大量製造,不像其他生長細胞需要數周培養而緩不濟急。第二,使用患者自身細胞,因此降低感染排斥的風險。第三,精確的打印技術,可以將原料有效分配,比如傷口較深則高度集中投放人體細胞,而不是普遍性均匀地填充,因此可以將所需的細胞數量減少 75%。現在研究團隊正著手改進,希望打印出更複雜、包括毛囊和汗腺的皮膚層。

 

 

 

3dprintboard.com

(Source:3dprintboard.com

燒燙傷照護的醫材,還包含新加坡生物工程及奈米研究機構所研發奈米凝膠 IBN,它能加速癒合為傷口帶來保護;針對顏面區燒燙傷患者所設計的 Biomask,則是一款特製面膜,具備微電刺激傷口修復、並且維持皮膚穩定濕潤度以及加壓減少疤痕的功能。

這些日新月異的科技發明,就是希望解決燒燙傷後的傷口照護問題。然而我們該思索的是,為什麼好的藥品或醫材,卻都逐漸放棄台灣市場呢?

燒燙傷多在受傷當下就決定致死率,後續處理更是非常棘手,先進的醫材能夠讓患者更舒適、傷口癒合更好,但不是神通的醫材就能解決所有問題,大多數致死原因如感染、呼吸衰竭、多重器官衰竭等,在傷後數天才真正進入高峰期。

然而真正考驗醫療的,始終是人心,當科學家致力於研究與創新、醫療人員忙於和死神拔河,而你,為了擁有更好的醫療願意付出什麼?

(首圖來源:達志影像) 

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