影响皮肤角质形成细胞和成纤维细胞提取产量的因素：用于生产活体皮肤替代物以治疗严重烧伤患者

《Burns》：Factors Affecting Skin Keratinocyte and Fibroblast Extraction Yields for the Production of Living Skin Substitutes to Treat Severely Burned Patients

烧伤患者皮肤替代品生产中细胞提取效率的影响因素研究。通过35年299例烧伤患者数据，发现年龄、毛发状态和烧伤面积是影响表皮细胞（每年-0.048×10^6/cm2）和成纤维细胞（日增0.042×10^6/cm2，烧伤面积每%增0.019×10^6/cm2）提取效率的关键因素，为优化生物皮肤替代品生产提供依据。

　　这项研究聚焦于严重烧伤患者在进行自体皮肤替代品生产过程中，影响皮肤成纤维细胞和角质形成细胞提取效率的关键因素。通过回顾性分析1986年至2021年间299名患者的医疗记录，研究人员试图揭示哪些变量会对细胞提取的数量产生影响。研究的背景在于，传统的自体移植物移植（autografting）在处理大面积烧伤时受到限制，因为健康的供体部位往往不足，这促使了自体皮肤替代品（如Cultured Epithelial Autografts，CEA和Self-Assembled Skin Substitute，SASS）的发展。然而，这些替代品的生产过程仍面临诸多挑战，尤其是在细胞提取效率和生产时间方面。

在烧伤治疗中，皮肤作为身体的天然屏障，一旦角质层受损，其防御功能就会减弱，使得病原体更容易侵入伤口并进入血液循环，从而引发败血症。败血症是烧伤患者死亡的主要原因之一，尤其在烧伤面积较大的情况下更为常见。因此，及时的伤口覆盖对于减少住院时间、降低医院获得性感染的风险至关重要。目前，自体移植物仍然是烧伤治疗中的黄金标准，但其应用受到供体部位数量的限制，尤其是在烧伤面积超过50%的情况下。为了弥补这一缺陷，研究者探索了其他类型的皮肤替代品，如异体移植物和商业脱细胞基质替代品，但这些替代品也存在各自的局限性，如免疫排斥反应和使用时间的限制。

Cultured Epithelial Autografts（CEA）是最早应用于人体的自体皮肤替代品之一，其生产过程是从患者的皮肤活检中提取角质形成细胞，然后在体外培养形成可操作的细胞片。自1986年起，研究团队便开始生产CEA，而CEA在当时是处理最严重烧伤患者的主要治疗方式。然而，随着研究的深入，CEA的生产时间相对较短，但其在烧伤伤口上的应用效果并不稳定，导致移植成功率较低。因此，研究者开始开发新的皮肤替代品，如Self-Assembled Skin Substitute（SASS），这是一种由研究团队自主研发的双层结构皮肤替代品，目前正在进行加拿大的临床试验。SASS的生产过程与CEA类似，但需要提取成纤维细胞，以构建具有真皮和表皮层的完整结构。然而，成纤维细胞的培养和双层结构的构建过程更为复杂，导致SASS的生产时间比CEA更长，通常需要6至8周。

为了提高皮肤替代品的生产效率，研究人员强调了优化皮肤活检参数的重要性。这包括选择合适的活检部位、控制活检样本的大小以及在提取细胞时尽可能减少对患者的额外创伤。此外，研究还发现，细胞提取效率与患者的年龄、烧伤后进行活检的时间间隔以及烧伤面积的大小密切相关。具体而言，随着年龄的增长，角质形成细胞和成纤维细胞的提取效率会下降。这一趋势在临床实践中已经被观察到，但通过本次研究，研究人员首次使用统计学方法对这一现象进行了量化分析。此外，当在分离表皮和真皮层时能够抓住毛发时，角质形成细胞的提取效率会有所提高，这可能与毛发对皮肤组织的支撑作用有关。

在烧伤后的不同时间点进行皮肤活检，对细胞提取效率也有显著影响。研究发现，成纤维细胞的提取效率会随着烧伤后的时间增加而提高，但这种提升的速度会受到烧伤面积的制约。当烧伤面积越大，成纤维细胞的提取效率反而可能降低，这表明在处理大面积烧伤时，需要更加精细的细胞提取技术。此外，研究团队还发现，烧伤面积与细胞提取效率之间存在一定的负相关关系，这意味着在处理烧伤面积较大的患者时，需要额外关注细胞提取的条件，以确保足够的细胞数量用于后续的皮肤替代品生产。

研究的总体目标是通过结合机器学习和流行病学方法，深入分析影响皮肤细胞提取效率的因素，并为临床实践提供更精确的预测工具。通过使用XGBoost算法进行变量筛选，研究人员能够识别出对细胞提取效率影响最大的变量，并进一步利用混合效应多变量线性模型进行分析。这种方法不仅提高了模型的预测能力，还为优化细胞提取参数提供了科学依据。此外，研究还发现，某些临床变量（如患者的年龄、烧伤后进行活检的时间、烧伤面积的大小）对细胞提取效率具有显著影响，这为未来的研究提供了新的方向。

研究团队还强调了伦理和数据保护的重要性。所有参与研究的患者数据在分析前都进行了去标识化处理，以确保患者的隐私权和数据安全。此外，研究获得了机构伦理委员会的批准，并遵循了《赫尔辛基宣言》的伦理指南。这些措施确保了研究的科学性和伦理性，同时也为后续的临床应用奠定了基础。

在资金支持方面，这项研究得到了加拿大卫生研究院（CIHR）和魁北克市消防部门的资助。研究团队的成员还担任了多个研究职位，如加拿大卫生研究院的干细胞和组织工程首席研究员，以及魁北克大学的组织工程器官和转化医学研究员。这些职位不仅为研究提供了必要的资源和支持，还促进了跨学科的合作，以推动皮肤替代品技术的发展。

研究的作者们在研究过程中各自承担了不同的职责。Ludivine Dubourget负责研究的概念化、方法设计、数据收集和分析，并撰写了原始的论文草稿。Danielle Larouche参与了研究的概念化和方法设计，并对论文进行了审阅和修改。Sergio Cortez Ghio负责方法设计和数据分析，并参与了论文的审阅和修改。Véronique J. Moulin负责研究的监督和论文的审阅和修改。Chanel Beaudoin-Cloutier参与了研究的概念化、论文的审阅和修改，并负责研究的监督。Lucie Germain则负责研究的概念化、论文的审阅和修改，并负责研究的资助获取。这些分工确保了研究的全面性和专业性，同时也为论文的撰写和修改提供了有力的支持。

在研究过程中，作者们还强调了利益冲突的声明。其中，Sergio Cortez Ghio是In Silico Data Science公司的所有者，并因向Lucie Germain提供咨询服务而获得了一定的经济补偿。然而，这种关系并未影响研究结果的客观性和研究团队的判断力。其他作者则声明他们没有利益冲突。这种透明的声明有助于增强研究的可信度，并确保读者能够对研究结果进行客观的评估。

最后，研究团队对所有参与研究的人员表示了感谢。他们特别感谢了Dr. Jason Robert Guertin在统计方法上的指导，Rina Guignard在解码培养数据方面的帮助，Sophie Champagne在数据收集中的贡献，以及Dr. Jean-Philippe Rousseau在论文撰写过程中的宝贵意见。这些支持对于研究的顺利进行起到了至关重要的作用。

综上所述，这项研究通过结合机器学习和流行病学方法，系统地分析了影响皮肤细胞提取效率的关键因素。研究发现，患者的年龄、烧伤后进行活检的时间间隔以及烧伤面积的大小对角质形成细胞和成纤维细胞的提取效率具有显著影响。这些发现不仅为优化皮肤替代品的生产过程提供了科学依据，也为临床实践中的细胞提取参数调整提供了指导。此外，研究还强调了伦理和数据保护的重要性，确保了研究的科学性和伦理性。这些成果有望在未来的烧伤治疗中发挥重要作用，为提高患者的生存率和治疗效果提供新的思路。