脂肪移植研究进展

李锦 何泽亮 李晓东

多年来,脂肪移植已被广泛应用于包括乳房重建、放射损伤、创伤后畸形、先天性畸形、瘢痕、烧伤后皮肤移植物下的填充和面部轮廓重建在内的重建手术和整容手术[1,2]。然而有数据显示,移植后1年内脂肪细胞损失通常超过 50%,重吸收率20%～90%,导致美容效果欠佳[3]。另有研究证明脂肪保留时间为4周至7年,并且取决于包括移植部位等多个因素[4]。脂肪移植有4个阶段:脂肪的获取、加工、植入和移植部位准备。因为有许多因素会影响脂肪移植的成活,因此需要对脂肪移植4个阶段均进行优化。本文将讨论当前常用的技术,并对可能进一步改善移植效果的潜在策略进行综述。

1 关于自体脂肪移植物的存活概念

已经有多种理论对自体脂肪移植物的存活进行了描述。包括宿主细胞替代理论、移植物存活理论、移植物替代理论和三区理论。这些理论强调了小份的重要性,以避免渗透脂肪过度拥挤和坏死,并在整个移植过程中最大限度地减少脂肪细胞损伤,从而优化移植存活率[5]。

1.1 宿主细胞替代理论 该项理论指出,没有移植的脂肪细胞能真正存活,实际上是这些脂肪细胞被受体细胞以及受体部位的纤维组织和血管向内生长所取代,而形成了新的细胞。

1.2 移植存活理论 此理论则认为通过血浆吸收,移植细胞接受营养,可以在受体部位存活,直到出现新生血管。

1.3 移植物替代理论 大多数移植的脂肪细胞在术后死亡,并将被移植物中包含的脂肪来源的干细胞取代;在该理论中,由于供体基质血管部分(SVF),脂肪生成和新生血管都是可能的。

1.4 三区理论 当进行脂肪移植时,在三个细胞区内会发生不同的过程。(1)存活区位干离受体毛细血管网最近的周围,是移植细胞最有可能存活的地方。(2)在这个区域的深处,离受体血管网更远是再生区,脂肪来源的干细胞能够在这里产生新的脂肪细胞,而移植的脂肪细胞无法在这个区域存活。(3)最里面的区域是坏死的中心区域,因为所有细胞都离营养源太远而无法存活。

2 供体脂肪获取

自体脂肪移植物用于修复重建和美容领域已有100多年。它的优势是受者使用自体脂肪消除了免疫排斥的风险,是其他合成和异种材料的完全替代品。 然而,脂肪移植具有不可预测的存活率,会导致美学上显著的容积损失。从供区取出移植物会不可避免地破坏血供,由此产生的缺氧被认为是移植物损失的主要原因。

有研究表明,取自腹部和大腿内侧区域的脂肪移植物的存活率最高[6],但并未发现供体部位之间存在显著差异[1]。有报告还说,腹部和大腿内侧区域的脂肪干细胞(ASC)浓度更高[7]。

脂肪抽吸是利用抽吸技术从身体的特定区域,例如腹部、臀部、大腿、臀部、手臂或颈部,去除脂肪的一种外科手术过程,脂肪去除可用于重塑这些区域的轮廓。 从脂肪收集的角度看,抽脂技术在过去25年中取得了显著进步。从最初的锐性吸管技术到连接真空泵的钝吸管。 从“干”吸脂技术转变为“湿”吸脂技术(干式技术在抽吸前不注射任何液体,失血量为抽吸量的 25%～40%)[8]。

有关抽吸技术对脂肪存活影响:抽吸管尺寸和真空压力会影响脂肪细胞的存活,破坏率高达90%。 Coleman优化了脂肪提取技术。他采用3 mm钝针以<300 mm Hg的负压抽吸提高了移植物的存活率,此方法获得了脂肪细胞和脂肪细胞的小“团块”,移植后可能经过初始抑制和其后的新血管形成而存活。 较高的负压尽管可保留细胞结构,但会影响脂肪细胞的功能[9,10]。

细规格针头在抽吸时所造成的直接创伤会减少,但需要与脂肪细胞破坏的增加之间权衡。14号的细管在移植少量脂肪时有效,但大口径的吸脂针可减少细胞破裂、保留组织结构并获得更好的移植物存活率,尤其是在需要大体积脂肪的情况下,例如在乳房重建手术中。 与使用 2～4 mm吸脂针收集的脂肪相比,5～6 mm尺寸吸脂针可保留更多活组织、减少移植物重吸收[11]。

事实上,生物力学在结果中也起着至关重要的作用:在脂肪获取过程中施加的负压会对脂肪的长期存活产生影响。较低的负压导致较少的脂肪细胞破坏和更高的ASC产出,700 mm Hg的负压会破坏许多成熟的脂肪细胞。200～250 mm Hg的负压即可对脂肪细胞产生破坏。根据文献,250～700 mm Hg抽吸会收获最有活力的脂肪细胞,而 250 mm Hg 负压是有利于基质血管成分(SVF)的最佳压力[3]。而注射器吸脂还是泵辅助吸脂在细胞活力、细胞代谢活性或脂肪生成方面没有区别[6]。

3 肿胀液

湿性抽吸溶液和添加剂会影响移植结果。 添加利多卡因利于改善疼痛[12],并减少全身麻醉的使用,但需要谨慎的避免毒性。利多卡因的最大剂量为50 mg/kg,因为超过该剂量会增加心律失常的风险[13]。 避免全身麻醉会使手术更安全,肾上腺素的使用会使血管收缩而减少失血[12,14]。 如果获取脂肪后及时清洗,肾上腺素对脂肪活力的影响似乎非常小。虽然对镇痛很重要,但利多卡因会降低葡萄糖的代谢和脂肪细胞的脂肪分解[15], 并且对ASC有毒性作用[16],因此,脂肪移植物的存活需要多次洗涤和利用离心机去除利多卡因。 在动物模型中,对采用利多卡因加肾上腺素和丙胺卡因的方法吸出的脂肪进行洗涤对脂肪移植物的存活率没有显著影响,而未洗涤的脂肪移植物纤维化和坏死增加[17]。 这些研究表明,脂肪获取的最佳解决方案虽可以提高产量,但移植前的处理仍然很重要。但是,也有研究结果与之相反,作者通过对移植前后脂肪细胞分布、生存数及活力的测定,认为利多卡因不会对脂肪移植产生不良影响[18]。

移植物损失的主要原因是由于缺乏再血管化,另有学者对不同的脂肪制备技术研究结果表明,向肿胀液中添加抗坏血酸可将脂肪细胞存活率提高14.9%,这可能会提高移植物总体存活率[19]。作者认为SVF的产出数量和质量在不同的供体会有很大的变异,而很少有人注意到肿胀液对于改善移植物成活的影响。而且,对于移植物的最终保留体积究竟是移植的脂肪细胞还是转移的SVF最终分化程脂肪细胞尚有争议。尽管脂肪细胞的存活可能决定脂肪移植时的移植物体积,SVF细胞的数量和质量已被证明能强烈影响脂肪移植的长期结果。然而,因移植后脂肪细胞旁分泌作用,其成活能够促进SVF细胞更好地分化从而维持更好的组织容量。

移植物损失的主要原因是由于缺乏再血管化,已有研究对脂肪抽吸物在体外补充已知可促进血管生成和成脂分化的试剂。 此类药剂包括细胞增殖细胞因子,如白细胞介素-8[20]。吲哚美辛和褪黑激素已被证明可以改善移植物体积,促进血管生成并抑制炎性反应[21]。而外泌体应用后也可促进脂肪组织的成活及容量的保留,被认为与其促进M2型巨噬细胞极化有关[22]。

由于再空泡化是脂肪移植物长期存活的关键,因此假设添加各种细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进行了研究,包括瘦素、脂联素、肝细胞生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、转化生长因子-β和血管内皮生长因子(VEGF)[23]。VEGF-A 是脂肪细胞中非常重要的生长因子,脂肪细胞组织中 VEGF-A 的过度表达会迅速触发血管生成,因此具有作为促进脂肪移植物存活的添加剂的潜力[4]。

添加到脂肪抽吸物中的富含血小板的血浆提高了移植物的存活率(其血小板数量是血液的 3～4 倍)。 富含血小板的血浆被认为通过一系列生长因子(TGF-β、PDGF-BB、VEGF、EGF、IGF1)促进血管生成;激活成纤维细胞;并通过聚合提供支架[25]。

4 脂肪处理

多种复杂的因素造成难以确定最佳的脂肪处理和加工技术。脂肪组织由成熟的脂肪细胞、基质血管细胞、血管、淋巴结组成,并受神经支配。吸脂物不仅含有脂肪细胞,还含有胶原纤维、血液和碎片。而且还包含添加入肿胀液中的成分。因此脂肪加工很重要,有害的因素会导致移植部位炎症。

脂肪细胞被收集后,需要通过各种方法将脂肪抽吸物与肿胀溶液和脂质层分离。该油层还包含成熟的脂肪细胞和一些其他细胞类型。目前位于离心样品的SVF包含能够分化为脂肪细胞的干细胞等一系列细胞类型。已经尝试了各种分离技术,包括沉降、倾析、过滤、筛网或纱布滚动以及用各种溶液洗涤。Fisher等[26]回顾脂肪处理方法发现,纱布滚动(包括在不粘纱布垫上轻轻滚动脂肪抽吸物)是一种比标准离心技术更温和的去除血液和油脂的方法,具有更好的 SVF 细胞产量和脂肪移植物保留率。 据报道,商业自动化系统(Puregraf;Cytori Therapeutics, Inc., San Diego, CA)最适合去除外来血液和油脂,并具有最佳的脂肪组织存活率[3]。 研究表明,设计更好的可以控制加速/减速离心机对胰岛或脂肪等脆弱组织的损伤要小得多[27], 用于临床脂肪移植,可能优于标准离心机。

脂肪抽吸物可以静置并倒出,但离心可提供更大的细胞活力[28],从而成为最流行的分离技术。它相对简单并提供足够浓度的 SVF,而后者对移植物存活至关重要,有结果表明,含有SVF的移植物长期保留率明显高于Coleman脂肪移植物[29]。SVF中含有具有旁分泌作用的间充质干细胞的数量约为(0.5～2.0)× 106个/g,高于骨髓[30]。干细胞能够分化为脂肪细胞、内皮细胞、周细胞、巨噬细胞和成纤维细胞,这些细胞对于构建参与伤口愈合的毛细血管十分重要。 SVF 还通过分泌包括VEGF和肝细胞生长因子(HGF)在内的生长因子来增加血管分布,并减少坏死、纤维化和钙化[28]。 它们通过增加抗炎因子表达和增加M2 型巨噬细胞而发挥抗炎作用:如白细胞介素-10、前列腺素、干扰素-γ、HGF[30,31,32]。 它们还具有通过减少白细胞浸润(CD3+)和抑制促炎细胞因子如肿瘤坏死因子(TNF)-α 或白细胞介素 6[32]来抑制局部炎性反应的潜力。

Zhang[29]在 1987 年优化了离心技术,这是当前成功分离用于脂肪移植的脂肪基质的标准,其使用的是3 000 r/min 的速度 3 min,离心后的沉淀在移植前可在 37℃下储存[28]。而较慢的离心速度的结果则各不相同,而>3 000 r的离心则会导致脂肪细胞显著破坏[3]。

脂肪来源的干细胞(ADSC)对面部年轻化安全有效,但收获ADSC需要一些技术、技能和足够的设备。它在许多机制上均可改善皮肤质量,优于其他已知的抗衰老剂。ADSC促进真皮的重塑,这一点在疤痕治疗和改善真皮厚度方面很重要。由于紫外线辐射、污染、饮食和吸烟等原因,氧化应激永久存在。而ADSCs具有抗氧化作用并能保护成纤维细胞DNA免受自由基的侵害。此外,它们还能刺激胶原蛋白、弹性蛋白和抗炎细胞因子的分泌。这些特性使ADSC成为理想的天然抗衰老解决方案[34]。

ADSC群可以通过二次离心步骤从 SVF 中进一步分离[29]。 在脂肪移植之前添加 ASC 可以增强效果。 补充添加物后的脂肪移植物表现出脂肪细胞存活率和移植物保留率更高。在临床中,这种细胞辅助吸脂技术已被用于大体积脂肪移植,如乳房重建,以及颅面手术中使用的较小脂肪体积。 在异种移植模型中,脂肪保留率提高了 20%[35]。

5 注射技术和移植部位

注射技术对于移植物存活和血管形成也很重要。 需要考虑的因素包括受区的血管分布、注射力量、针头大小和移植后组织压力以及移植物体积。

可能是由于移植物空泡化的增强,移植到年轻受者的脂肪移植物显示出体积维持的更大更持久,但这方面仍需要进行更多的研究[36]。

注射针的长度因注射部位而异,面部为5～9 cm,身体为9～15 cm。根据身体部位的不同,注射针直径通常比吸脂针小,从2 mm到27号针。由于基本物理原理,针的长度和横截面是重要因素。管子内径每减半,阻力增加 16 倍。 管子长度每增加1倍,阻力就会增加1倍。针头越大越短,产生足够流量所需的压力就越低(简化的伯努利方程)[34]。

较低的压力会减小对移植物存活的危害,同时剪切力是影响移植物存活率的重要因素。已有研究显示,注射速度较慢且具有低剪切应力的脂肪移植物比具有较高剪切应力的脂肪移植物具有明显更好的结果[37]。目前的做法是使用小的“意大利面条式”移植物的效果很好,提供了良好的移植物存活率。较新的使用多个注入点多层次多隧道的3D技术可能会提供更好的美学效果。

与使用改进的 Coleman 技术注射的脂肪相比,注射体积标准化并确保注射过程中的剪切应力最小,从而可以达到更大的脂肪保留量。总的来说,这些策略优化了脂肪移植的生物力学[3]。注射移植物后组织压力的增加显著减少了注射部位的毛细血管循环,减少了氧气供应,从而减少了移植物的存活,因此注射部位的解剖很重要, 有时会在移植部位产生一种微型的腔隙综合征[38],会导致手术后出血或肿胀。 但这也移植启发了手术前使用外部皮肤扩张器伸展皮肤以留出更多内部空间。 外部皮肤扩张的优点包括保持皮肤完整性、乳房再造手术中获得更多皮肤的、减少空间中的组织间压力和缩短手术时间。第一个研究的外部皮肤扩张装置被称为 Brava,它是一种非侵入性吸引装置。 在隆胸和重建之前使用可以改善再血管化[39]。但根据使用要求,需要在术前每天佩戴10～24 h持续2～4周,这会导致患者依从性和持续动机出现问题。

乳房肿瘤术后放疗的患者接受脂肪移植后,可缓解放疗的影响,且对后续进行的乳房重建手术有更好的美容效果[40]。 正是因为可以明显减轻放疗对局部的不利影响,更有学者认为,脂肪移植是乳癌放疗术后不可或缺的治疗手段[41]。细胞辅助的脂肪移植治疗应用于隆胸后取得了更加显著的效果[42]。但是,对于乳房肿瘤术后接受放疗的患者应用脂肪移植也仍有专家提出应严格权衡益处与其可能的风险[43]。

在改善脂肪移植物存活率、提高血管分布(血管密度)、促进细胞增殖和减少囊肿形成方面,使用细胞增殖因子也得到较好的结果。 VEGF是一种已知的血管生成剂,与脂肪移植物一起使用时已成功促进血管形成和内皮细胞分化,改善增殖和移植物存活[44]。 白细胞介素-8是另一种有效的血管生成促进剂,可吸引血管形成所需的炎症细胞和成纤维细胞。 当添加到移植部位时,白介素减少了囊肿的形成并提高了脂肪细胞的活力[45]。还有其他潜在的药物可以提高脂肪移植物的存活率,这是一个需要进一步探索的领域。 应考虑已知可增加血管生成、细胞增殖和存活的化合物。 这些试剂可以包括促红细胞生成素、胰岛素生长因子、成纤维细胞生长因子、富含血小板的血浆、血小板衍生的生长因子和富含血清的无血清细胞培养基。

移植部位的手术后规范护理包括不缝合注射部位的小切口以降低压力,而是在皮肤上贴上微泡沫或类似的胶带。6周内应避免对移植部位施加任何额外压力,以再次降低移植部位压力。

脂肪移植已用于重建和美容手术,也可明显改善受放射治疗后影响的组织。 目前脂肪移植的存活率较低,其取决于供体、供区、获取技术、脂肪加工、注射技术以及受体部位。但国际上对脂肪移植技术都表现出了浓厚的兴趣[46],甚至涌现出了新的脂肪移植策略,即脂肪成分移植(adipose component transplantation,ACT),该策略可以产生不同的脂肪产物,应用于特定的注射部位[47]。

使用逐渐加速和减速的离心机可以提高加工过程中的脂肪细胞存活率。这些离心机还可以提供更好基质血管部分的分离。促进脂肪移植物增殖和血管形成的药物还需要进一步探索,而且需要更多的临床试验来研究脂肪洗涤、离心和移植技术,以更加优化患者的安全性和脂肪移植的结果。