沖擊市場的“美容技術”丨“第二層肌膚”－可穿戴式高分子聚合物：皮膚替代物

皮膚的主要作用是給人體的內部生理環境提供保護屏障，避免暴露在惡劣環境下（尤其是輻射，微生物，高溫，毒素以及機械損傷）。同時，皮膚的美學意義也是毋庸置疑的：它決定了一個人的第一印象，在心理層面上影響自信心。在這個顏值當道、“鮮肉”橫行的時代，皮膚衰老無疑是太多人抗爭的對象，即使這是生物進化和基因表達所決定的不爭事實。年輕的皮膚比衰老的要厚實，皮膚表層能夠散射光線而呈現如凝脂般的光澤。它們的區別同樣存在于皮膚的真皮層。真皮層存在著大量的膠原和彈性蛋白，這些膠原和彈性蛋白賦予了肌膚彈性和緊致感。然而度過青春期的我們以1.5%的速度失去皮膚中的膠原蛋白，紫外線傷害和吸煙也會加速這一過程。

圖1 胡歌歐巴的劇照 (from baidu 圖片，PS: 即使用箭頭標出他的疤痕，但作者非常欣賞他劫后余生的飛躍)

所謂道高一尺，魔高一丈。一方面我們用想像去篡改這個不太愉快的自然過程：穿越劇中女主重返二八年華，重獲吹彈可破、膠原蛋白爆棚的肌膚；《瑯琊榜》中意淫胡歌歐巴，遭受火寒之毒后搓骨磨皮，用另一付皮囊示人 （圖1）。另一方面，在這些美好愿望的驅使下，延緩以及消除皮膚衰老成為炙手可熱卻充滿挑戰的研究課題。

圖2 注射玻尿酸填充物

玻尿酸 (hyaluronic acid)可謂是高頻詞匯，頻繁出現在各大娛樂版面。當大眾看到一張張滿屏膠原蛋白卻皮笑肉不笑的蛇精臉時，玻尿酸便無一例外地成為了始作俑者。玻尿酸并不神秘，它是一種負電荷的非硫化的粘多糖，廣泛地存在于軟骨等結締組織中。正因為帶負電荷，它能夠吸水并在吸水失水的過程中賦予結締組織彈性。皮膚表層的玻尿酸調節得不僅是角質細胞的增殖，同時損傷皮膚的再上皮化。基于這些功能，玻尿酸被當作填充物，用傳統注射器穿過神經和血管注射到皮下 （圖2）。但注射玻尿酸會導致疼痛，紅腫以及身體的肉芽腫異物反應。目前，醫用的玻尿酸主要通過基因改組的枯草芽孢桿菌合成，但它使用壽命相對來講比較短，所以制造工藝通過引用蛋白鏈提高它的穩定性 (Foschi et al., 1989; Smith and Ghosh, 1987)。這些玻尿酸的化學特質間接決定了整容的高昂費用，同時為了解決這種填充物的副作用，近期的研究主要集中在開發新的注射設備，優化注射方法和制造包含其它調控因子的玻尿酸填充物(Mermin et al., 2016)。

圖3 “第二層肌膚”是透明的 （左圖）。和右眼比較，在用“第二層肌膚”后左眼的眼袋不見啦（右圖）(Yu et al., 2016)

圖4 將“第二層肌膚”應用在眼角下方區域時，具體的視覺效果對比圖(Yu et al., 2016)

圖5 “第二層肌膚”穿戴后的一些使用性能參數(Yu et al., 2016)

麻省理工教授Robert S. Langer 的研究團隊和化妝品衍生公司Olivo創造性地開發出一種命名為“第二層肌膚”的透明的可穿戴式聚合物(Yu et al., 2016)。它能夠媲美年輕的自然皮膚，擁有較好的彈性、光反射和散射性能。它的應用是相當簡單方便的 （圖3）。首先在你的眼袋或其它皮膚上涂一層類似面霜的硅樹脂聚合物，然后再在上面抹上一層鉑催化劑，鉑催化劑促使分子間形成鏈接。這種第二層肌膚不僅能夠舒適地存在于臉上超過24小時，而且可以自由呼吸、鎖住水分、散射光線。除了擁有以上特殊性能，這種聚合物還可以根據年輕皮膚的拉伸性以及恢復性因人而異地去調整。早期的試驗性結果表明在眼袋周圍用上這種“第二層皮膚”后，眼周的皮膚變緊致并且皺紋也隨之減少。然而，需要開展大量的臨床試驗來檢驗這種聚合物對人體是無危害的。

圖6 在正常的機體條件下皮膚受損后引起的快速傷口修復過程，但是在微生物的感染過程中，該自動修復過程會受到干擾，從而會進一步引起傷口的慢性炎癥(Clark et al., 2007)

圖7 體內合成的無細胞生物材料（如生物高聚物，水凝膠）應用于組織器官的傷口修復(Clark et al., 2007)

圖8 通過組織工程合成制備得到的類細胞、功能化、生物基高分子材料用于加快組織受損修復過程的示例(Clark et al., 2007)

造成皮膚丟失的還有燒傷和由糖尿病等引起的潰瘍。在這些病例中，主要解決的難題是再生出無疤痕、不會產生瘢痕瘤和具有良好功能的皮膚。當前市場上存在著一些包含重組生長因子的繃帶。它們可以促使傷口愈合，但卻需要每天或者至少兩天更換一次，造成應用的不方便。根據再生的皮膚必須同時滿足力學性能和生物活性的要求，研究者們提出了體外或者體內制造基于組織工程的皮膚替代物(Clark et al., 2007)。體外合成的方法主要指通過組織培養或者細胞反應器來培養帶有細胞的合成皮膚。組織培養非常具有挑戰性，難以控制的培養環境會促使合成皮膚退化，如細胞死亡，合成皮膚的組成和結構也很難和自然皮膚相媲美。體內合成的無細胞生物材料（如生物高聚物，水凝膠）首先能夠保護皮膚內的器官，當植入到人體后可以招募細胞合成新的皮膚并在這一過程中不斷分解掉。這類產品的應用主要存在著異物反應、機械強度小和在原生與新生的皮膚間無法形成“無縫”連接的問題。

在感恩無數研究者們推動皮膚工程技術不斷發展與完善的同時，我們也面臨著怎樣可以如大自然般制造無瑕疵并擁有適度彈性與韌性的合成皮膚的挑戰。雖然這已經成為臭大街的論調，但作者還是想強調組織/皮膚工程的進步需要研究者們brainstorm拓寬實現途徑并且加強各個領域（如生物、化學、醫學、物理、工程）的合作。或許在未來的二三十年里，燒傷的病人術后不再有疤痕，胡歌歐巴因車禍而造成的眼皮疤痕也會消失不見，更令人激動的是，平凡如你我再也不用為皺紋爬滿額頭而傷腦筋，可以優雅而美麗的老去。

參考文獻：

[1] Rushmer, R. F.et al. The skin. Science ?154, 343–348 (1966).

[2] ?Xu, S. et al. Soft microfluidic assemblies of sensors, circuits, and radios for the ?skin. Science 344, 70–74 (2014).

[3] Clark, R.A.et al. Tissue engineering for cutaneous wounds. Journal of Investigative Dermatology 127, 1018-1029(2007).

[4] Foschi, D. et al. Hyaluronic acid prevents oxygen free-radical damage to granulation tissue: a study in rats. International journal of tissue reactions 12, 333-339(1989).

[5] Mermin, D. et al.?A case of hyaluronic acid injections triggering cutaneous sarcoidosis at previously treated sites. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology 1468-3083, (2016).

[6] Smith, M. et al. The synthesis of hyaluronic acid by human synovial fibroblasts is influenced by the nature of the hyaluronate in the extracellular environment. Rheumatology international 7, 113-122(1987).

[7] Yu, B. et al. An elastic second skin.Nature materials 15(8), 911-8(2016).

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本文由美國圣路易斯華盛頓大學生物工程系PhD. Fei Fang投稿，材料牛編輯整理。

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