燒燙傷患者福音,「幹細胞皮膚槍」燒傷皮膚修復神器

圖片來源:RenovaCare官方網站

幹細胞皮膚槍(SkinGun)是由美國紐約生技公司 RenovaCare 所研發以噴灑病患自體幹細胞至傷口治療燒燙傷的醫療儀器。2016年11月底正式取得美國專利,目前已送交至美國食品藥物管理局(FDA)審核。此治療法能大幅加快病患復原時間並降低感染機會,若通過FDA將能造福許多燒燙傷病患。

「幹細胞皮膚槍」療程僅需1.5小時,最快4天即可出院

醫生會視燙傷面積大小,自病患身上取一小塊約0.2mm厚度的健康皮膚,並運用酵素及相關溶液將皮膚幹細胞與其他組織大致分離。將幹細胞及其溶液放入電動控制的皮膚槍後,直接噴灑至燒燙傷口後即完成治療。整體療程時間,包含處理供給皮膚的前置作業,僅需約一個半小時。因為能立即進行治療,加上電動式噴灑法有效提高幹細胞存活率,上皮再生(Re-epithelialization)的速度較現今療法快上許多。美國警察馬修勒姆(Matthew Uram)進行療程後的第四天,上皮細胞已完全再生並可出院。一般而言,如馬修的二度灼傷都需要數周才能達到相同的復原程度。

現今療法感染風險高,大面積燒燙傷不易治療

皮膚為人體最大器官,表面積約1.5至1.7平方公尺,佔體重的16%。當燒灼面積較大時,首要目標即是有效且快速地將傷口與外界隔絕,以避免感染及體液與電解質的流失。感染所造成的敗血症致死率高達47%,位居燒燙傷最高死因。

目前最常見治療二、三級灼傷的方式為裂層植皮(Split-Thickness Skin Graft, STSG)以及全層植皮(Full-thickness Skin Graft, FTSG又稱作皮瓣手術)。前者移植自身皮膚上皮層及部分真皮層,將傷口覆蓋;後者則移植完整真皮層,連同皮下組織與部分脂肪。兩者各有利弊,且分別運用於不同狀況:前者移植成功率較高、供皮區能治療較大燒燙傷面積,但缺點是較不美觀,易有疤塊增生、關節攣縮及變形;後者雖較美觀但失敗率較高,常運用於較嚴重之三級灼傷或須顧及美觀的部位,如臉部。不過,兩者療法的共同缺點均為所需治療時間長。另外,燒燙傷口的水泡易造成植皮失敗或變形,所以上皮細胞完全再生往往需要數周的時間。而細菌感染通常發生於燙傷後48至72小時內,若於療程中處置不當,將提高病患感染風險。

進行裂層植皮時,常常將供給皮膚網狀化(Mesh Grafting)以覆蓋較大傷口面積,不過就算如此,恐怕也無法及時供應燒燙傷總表面積(Total Body Surface Area, TBSA of burn)20%以上之病患,導致面臨健康皮膚供給不足的問題。供皮區需約兩周的時間自行癒合,六周後才能再次供皮。因此,病患往往需要經歷多次植皮手術,這使得傷口癒合速度更加減緩,進而大幅提高感染風險以及體液與電解質的流失。

圖片來源:RenovaCare官方網站

「電動式噴灑法」成提升治療效率關鍵

皮膚再生是由許多不同組織與細胞,包括毛囊(Hair Follicle, HF)、濾泡間上皮(Interfollicular Epidermis, IEF)與皮脂腺(Sebaceous Glands)共同參與的動態過程。皮膚再生的調控是由皮膚幹細胞(Quiescent Epidermal Stem Cells)負責,而其分化成的角質細胞(Amplyfing Transient Keratinocytes)與其他位於基底層(Basal Layer)的細胞會進行細胞遷移(Cell Migration)和複製使皮膚再生。皮膚再生始於傷口周圍,幹細胞皮膚槍的噴灑式療法與現今皮膚移植之原理相同,旨在將具有再生能力之細胞分布於傷口,加速其中心皮膚再生的速度。

提升治療效率的關鍵在於「電動式噴灑法」能減少上述現今療法的問題。使用裂層植皮法的治療傷口面積與供給皮膚面積比約為3:1至6:1。若使用噴灑法,其比例可提升至20:1,甚至80:1。換言之,治療同一面積之燒燙傷口,運用噴灑法所需要的供給皮膚較小。如此一來,較大燒燙傷面積的病患便不會因為健康皮膚供給不足而需要重複經歷植皮手術,暴露於感染的高風險中。又皮膚槍為電動式,能將幹細胞均勻分布於傷口,減少因起水泡或皮膚變形等使得植皮法易失敗的狀況發生。加上皮膚槍是以小水滴狀噴灑,較不易傷及幹細胞而能將其存活率保持在97%以上,有效避免因幹細胞活性太低而造成傷口癒合速度減緩的問題。

圖片來源:RenovaCare官方網站

治療二級灼傷效果最佳,盼能早日通過FDA審核

幹細胞皮膚槍最適合治療大面積的二度灼傷。一度灼傷因未傷到真皮層,會自行修復,不需用到此昂貴的科技。而三度灼傷的病患已經完全失去真皮層,肌肉甚至骨骼已裸露,幹細胞皮膚槍目前還無法治療此種傷口,仍需要依靠較傳統的皮膚移植療法。

該產品還尚未通過FDA審核,目前各醫院還無法使用幹細胞皮膚槍,不過RenovaCare生技公司宣布近期進行的臨床試驗相當成功。2016年《Burns》期刊亦有相關論文發表,說明幹細胞皮膚槍用於治療不同病因之二度灼傷具有相當顯著的效果且癒後良好,平均5天左右上皮層即可完全再生。相信幹細胞皮膚槍通過FDA審核並能運用於臨床治療之日已不遠。

幹細胞皮膚槍治療簡易流程:

  1. 將供給皮膚區域局部麻醉後,以植皮刀(Manual Dermatome)視傷口面積所需大小、厚度約0.2mm之健康皮膚取下。
  2. 將皮膚分割成3mm×4mm大小,放入37℃的中性蛋白酶[1](Dispase)與乳酸林格氏液[2](Ringer’s lactate solution)混合之溶液中25至40分鐘,待上表皮層(Epidermis)與真皮層(Dermis)分離。
  3. 將上表皮層取出,放入37℃之胰蛋白酶[3]/EDTA[4]溶液(Trypsin/EDTA)中並適度搖晃15分鐘後,進行離心以取出角質細包並以乳酸林格氏液清洗。
  4. 將真皮層取出,放入37℃之膠原酶(Collagenase)中40分鐘並間歇性搖晃。進行離心後,取出真皮細胞(Dermal cells)。
  5. 將分離之角質細胞與真皮細胞混合,加入乳酸格林氏液。以針筒吸取溶液並放入皮膚槍噴灑至病患燒燙傷區域。

註解:
[1] 中性蛋白酶:
用於水解膠原蛋白及纖維連接蛋白。
[2]乳酸林格氏液:為等張靜脈注射液,用於治療外傷、手術、燒傷等造成的失血。
[3]胰蛋白酶:將蛋白質水解為肽,進而分解為氨基酸。
[4]EDTA:乙二胺四乙酸,能防止金屬離子對酶的影響。


參考資料:
Bornemann, R. (Nov. 29, 2016). U.S. Patent No. US 9,505,000 B2. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Esteban-Vives, R., Choi, M. S., Young, M. T., Over, P., Ziembicki, J., Corcos, A., & Gerlach, J. C. (2016). Second-degree burns with six etiologies treated with autologous noncultured cell-spray grafting. Burns,42(7). doi:10.1016/j.burns.2016.02.020

Gerlach, J. C., Johnen, C., Mccoy, E., Bräutigam, K., Plettig, J., & Corcos, A. (2011). Autologous skin cell spray-transplantation for a deep dermal burn patient in an ambulant treatment room setting. Burns,37(4). doi:10.1016/j.burns.2011.01.022

RenovaCare Awarded U.S. Patent For SkinGun™ Device To Spray Stem Cells On To Wounds. (RenovaCare Inc.)

Split & Full Thickness Skin Grafts. (Burn Survivors Throughout the World)

Skin cell gun. (Wikipedia)

Skin-cell spray gun drastically cuts healing time for burns. (MedicalXpress)

Skin grafting. (Wikipedia)

SkinGun helps burn victims quickly regrow skin by spraying them with their own stem cells. (Digital Trends)

SkinGun Investigational Therapy for Burns Uses Patients’ Own Stem Cells for Healing. (Medgadget)

灼傷 (Wikipedia)

【資訊圖表】關於燒燙傷,醫生想告訴你的幾件小事…. (圖文不符)