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从医学研究上来说，皮肤创伤直径大于4厘米的全深度伤口无法完整地自体愈合，这样一来我们需要从别处再植皮肤，而通常是使用自己身上健康的皮肤（这里成为source site）自体移植（autograft）的方式去覆盖创伤区域。传统的手术自体移植植皮方式大体可以分为两类，全层植皮（full thickness skin graft,FTSG）以及分层植皮（split thickness skin graft,STSG），其具体的区别列在了表格1中。如果source site的真皮层还保留足够的表皮细胞那么在那里会重新长一层表皮，不过有经验或者看过的各位会知道，source site重新长好的皮肤还是很丑的，而且这个过程患者会很痛苦，你想想，割皮之礼。所以在人工皮肤出现之前，医生们都尽量的减少自体移植面积过大的表皮。[1]
那么人工皮肤是啥呢？根据广泛的定义，这类产品是指利用工程学和细胞生物学的原理和方法，在体外人工研制的皮肤代用品，用来修复、替代缺损的皮肤组织。人工皮肤高度近似人类皮肤，在治疗烧伤、烫伤方面具有减轻患者疼痛，愈后不留瘢痕的特效，并且对治疗糖尿病足等长期难愈性溃疡具有良好疗效。为了进一步了解人工皮肤我们需要先简要的了解一下自己这副皮囊的微观构造。皮肤由几种不同的细胞构成。角质细胞（Keratinocytes）是皮肤里最常见的细胞并且他们构成了皮肤最表面的那一层（surface barrier layer）这人工皮肤的研究里这类细胞也是被着重培养的，在往下的皮肤层里我们会找到生黑色素细胞（melanocytes）这类细胞决定了我们皮肤的颜色。纤维原细胞（fibroblasts）构成了下表皮层（lower dermal layer），这些细胞给予了皮肤强度以及弹力。
临床和市面上有数十种不同的人工皮肤而且他们的工艺都不太相同，不过帮助伤口愈合的基本概念都是一样的：体外培养皮肤细胞并且扩大他们的数量（培养的速度比自体再生速度要快得多），然后再放回伤口处让这些细胞帮助恢复伤处的屏障功能（皮肤屏障解释见下文）或者用来刺激自体的伤处愈合。其次，大家要明白一个概念并且bear in mind，人工皮肤并不一定非要是一块皮啥的，早期的研究基本上都是直接弄一个人工培养的细胞去做一个细胞覆盖层，也称之为人工皮肤，临床上早期很多产品也是那种喷喷的，把细胞喷在你的伤口处。
皮肤屏障：
皮肤屏障广义包括物理屏障、色素屏障、神经屏障、免疫屏障。狭义主要指物理性屏障，我们平时说的都是物理屏障。
物理性屏障由皮脂膜、角质层角蛋白、脂质、“ 三明治”结构、砖墙结构、真皮粘多糖类、粘多糖类等共同构成, 抵御外界有害、刺激物、日光进入, 同时具有保湿及调节抗炎作用。皮肤物理屏障受损将引起皮肤干燥, 皮肤老化、色素沉着异位性皮炎、湿疹、银屑病、鱼鳞病、日光性皮炎等皮肤敏感、刺激性皮炎、激素依赖性皮炎等皮肤油腻, 皮脂溢出性疾病, 如座疮、酒糟鼻、脂溢性皮炎。
现阶段临床有效并且市场上可以得到的人工皮肤可以分为三个大类：表皮覆盖型、真皮取代型以及表皮/真皮取代型。顾名思义，第一类的是只用人工培养的角质细胞覆盖受伤皮肤的表面，而后两种则是进一步用合成材料取代受伤的真皮层。有很多设计困难限制了人工皮肤的发展，现在这个领域主要需要克服的四大挑战：一是如何提高材料的安全性，二是需要找到分层移植的替代物，三是如何提高血管在人工皮肤覆盖层的形成效率，四是需要简化手术的操作。
我们先谈谈安全问题，学者们尝试过很多办法去寻找可以替代皮肤的东西，首先印入眼帘的必然是天然现成的生物材料----异种器官（皮肤）移植（xenotransplantation）。以猪为例（是的，猪皮肤可以拿过来用，因为我们长得很像），有些猪的组织里存在一种叫做Gal的抗原决定基（这是一种膜糖蛋白，不是galgame的gal）（小编：突然乱入了什么！！）然后人体很容易对这种蛋白产生抗体造成免疫排斥，所以这类生物材料在用之前需要确保所有这种蛋白都被除去[2]。还有就是在实验室里，砖家们培养皮肤细胞的时候会用到小鼠成纤维细胞和牛血清，所谓为了安全，小老鼠的细胞们必须要经过gamma射线去杀病毒然后牛的血清呢必然只能从没有疯牛病的国家获取[3]。
找到合适的分层皮肤移植人造替代品是现在临床上最想解决的，现在市面上的产品最主要的问题就是当实验室培养的胶质细胞递送到比较深的烧伤层的时候，这些细胞无法稳定固定在真皮上。从烧伤上来说，细胞的固定是一个十分困难的课题，除非伤口处被提前处理过有良好的血液循环。
当然，我们可以去先合成一个载体然后把细胞放到载体上再覆盖在伤口处----这里人工皮肤发展的更加像人工皮肤的样子了，但是这样并不能解决血液循环差的问题。图1是一个载体+细胞的例子，左边的图是载体的样子，这个载体并不是合成材料，而是来自一个供体（donor）的真皮，供体的真皮里自己的细胞被全部移除，然后消毒，然后再在实验室里放入患者的角质细胞和纤维原细胞。右边的图是当这个人工皮肤放到伤口处两个月后的样子，这位患者（苦逼）被烧伤了然后腋下这个部分完全无法伸张，在接受人工皮肤移植治疗后患者可以进行正常的手臂伸张了[4]。这类的人工皮肤我们统称为生物支架（bioscaffold），它给细胞提供了一个3D的附着、生长空间，生物支架的厚度最好小于0.4mm因为一旦大于这个厚度，新的血管便无法快速的穿透从而表皮层无法得到供血。
前方高能
前方高能
前方高能
请非学医同学做好心理准备
关于用于皮层的生物支架，基本的要求是需要有生物相容性---不能造成免疫排斥，没有毒素，并且可以自己溶解，不能永久的待在那儿，溶解速率最好和自体皮肤再生速率一样。同时，此类材料的机械性质也需要有很高的要求，比如需要有弹性，微观结构需要是框架型的而不是一整块这样可以让细胞在这个支架里附着。现在经过FDA认证的几种可以用来合成生物支架的材料包括牛胶原，玻璃酸（图2的例子[5]），细胞去除过的猪或人的皮肤（图1的例子），也可以用合成的高分子聚合物比如聚乳酸。图2中是一个姑娘，她的侧腰有一块大大的胎痣，然后姑娘就不高兴了，然后呢就报名参加了临床治疗，把原来的皮肤给切掉！各位在右上角看到的图红色的不是肉，而是胖胖的脂肪。然后用玻璃酸做的人工皮肤覆盖缝合在伤口上。右下角最后一张是愈合过后的面貌，拍于手术的两年后的回访（是不是瘦了一点这姑娘）。
前方高能
前方高能
前方高能
请非学医同学做好心理准备
现在从科研角度上来看，安全、材料、血循环以及使用的难易度已经被逐个攻克，可是人工皮肤这类产品在医院里还是很少见或者说很少有人用的，为什么呢？因为临床实验的成功和市场经济是否成功是分开的。这类产品由于需要在实验室进行细胞培养，所以治疗的耗资不菲，特别是重度烧伤的病人，这类产品在市场上并不容易得到青睐。还有一个问题就是组织工程制作的产品并不能按照通常的医疗器械、药品的模式去进行审核和管理，完善的审核规章制度还没有制定下来，而且这个领域也在同时不断地飞速发展，现阶段的产品审核制度也许无法适用于几年之后的。
那么既然人工皮肤暂时还没有在医疗市场里实现它的价值，那它就没用了吗？不对的，这类产品有很多其他衍生的应用。比如在实验室里，有很多其他领域的人也会用到人工皮肤。他们用人工皮肤来进行皮肤里细胞与细胞间如何互动的研究，血管的研究，这样一来可以大量减少在动物们身上进行实验。兔兔那么可爱，怎么可以杀兔兔进行学术研究呢。别的研究包括化妆品公司也会在人工皮肤上先进行一些体外实验，用人工皮肤做模型进行牛皮癣的研究等等。[6]
现在市面上总共有十来种经过FDA认证的人工皮肤产品，因为作者比较懒，所以他们是如何制作的就不在这里一一介绍了，感兴趣的朋友们可以去查看一篇文献：A review of tissue-engineered skin bioconstructs available for skinreconstruction, by Rostislav V. Shevchenko, Journal of the Royal SocietyInterface, 2010这里面有详细地阐述每个人工皮肤产品是如何制造。
不知道各位是否看过关于换脸换皮之类的科幻电影，也许随着人工皮肤的不断发展自我皮囊重塑不再是个梦，这并不等同于整容手术什么的，因为要明白，人工皮肤的理念并不是做一张皮替代掉你原有的并永远的待在那里，而是促进自体的再生，治愈后的皮仍是你自己的，人类的身体是一台十分精妙的机器，它所隐藏着的力量远超于我们所想象。人类从古时候的哲学家们开始研究自己的精神体，思想，到现在的科学家们研究自己的生存体，器官，已经逐步开始能够复制这地球上最精密的仪器了。然而这类应用真的只会停留在医学治疗和研究上吗？
Reference
[1] D. N.Herndon, R. E. Barrow, R. L. Rutan, T. C. Rutan, M. H. Desai, and S. Abston, “Acomparison of conservative versus early excision. Therapies in severely burnedpatients.,”Ann. Surg., vol. 209, no. 2, pp. 547–552; discussion552–553, 1989.
[2] T. B.McPherson, H. Liang, R. D. Record, and S. F. Badylak, “Galalpha(1,3)Gal epitopein porcine small intestinal submucosa.,”Tissue Eng., vol. 6, no. 3, pp.233–239, 2000.
[3] H. S.Rheinwald, J. G. & Green, “Serial cultivation of strains of human epidermalkeratinocytes: the formation of keratinizing colonies from single cells,”Cells,vol. 6, pp. 331–343, 1975.
[4] P. S.Sahota, J. L. Burn, M. Heaton, E. Freedlander, S. K. Suvarna, N. J. Brown, andS. Mac Neil, “Development of a reconstructed human skin model forangiogenesis,”Wound Repair Regen., vol. 11, pp. 275–284, 2003.
[5] N.Scuderi, T. Anniboletti, B. Carlesimo, and M. G. Onesti, “Clinical applicationof autologous three-cellular cultured skin substitutes based on esterifiedhyaluronic acid scaffold: Our experience,”In Vivo (Brooklyn)., vol. 23,pp. 991–1003, 2009.
[6] S.MacNeil, “Progress and opportunities for tissue-engineered skin.,”Nature,vol. 445, no. February, pp. 874–880, 2007.
作者介绍
李振伦，帝国理工生物男神
英国伦敦帝国理工生物材料在读Ph.D，英国伦敦帝国理工生物医疗工程系BSc, MSc
南京外国语学校高中肄业
微信号：dicfredsky
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