目前为止皮肤创面修复仍然是医护人员面临的一个问题。皮肤喷雾剂是一种仍在临床评估中的创新技术，与传统的伤口愈合治疗方法相比，皮肤喷雾剂具有显著的优势，如可进行更大区域伤口治疗的可能性，以及均匀喷涂药物。在这篇文章中，我们回顾了这项技术的最新进展，详细描述了其研究性和目前商用的脱细胞和细胞皮肤喷雾产品，用于各种疾病和应用不同的实验材料。

01、研究内容简介

皮肤是人体最大的器官，也是抵御病原体和热、机械和化学危害的最重要的防御机制之一，因为它是最外层的保护鞘，与外部环境直接接触。皮肤由三个主要层组成，浅表皮和较深的真皮，其次是皮下结缔组织层。表皮由几层角化上皮组成，是动态可持续自我更新的。角质形成细胞是表皮的主要细胞类型，它们能够分化和合成多种结构蛋白和脂质，在皮肤功能中发挥重要作用。这些脂质对表皮再生至关重要。表皮内的其他细胞是提供色素沉着的黑素细胞和有助于免疫监视的朗格汉斯细胞。角质细胞（去核死亡细胞）被发现嵌在表皮最上层的脂质基质中，这起着抑制成分的吸收和失水的作用。真皮是一层较厚的结缔组织，主要由细胞（如成纤维细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和肥大细胞）、细胞外基质(ECM)和胶原蛋白和弹性蛋白纤维等结构成分组成，提供机械强度和弹性，以及皮肤营养的血管丛。表皮和真皮之间的基底膜，一个高度专业化的ECM结构，由不同的糖蛋白和蛋白多糖，提供了一个稳定但动态界面和这两层之间的扩散屏障，和皮肤附件如毛囊、汗腺和神经都嵌入。这些皮肤附属物维持身体的水合作用，并构成一个保护层，帮助保护身体免受恶劣环境，以及其他功能。连接真皮和底层结构的是皮下组织，即结缔组织，包括成纤维细胞和脂肪组织，以储存和保护脂肪，作为皮肤的减震器和身体的隔热器。人类皮肤的厚度约为1.5-2.5mm，但它根据其解剖定位和支持身体重量的功能而有所不同。

皮肤伤口或损伤可能由烧伤和其他物理和化学创伤、遗传不规则、皮肤病（如糖尿病足溃疡、肛瘘或大疱性表皮松解）或手术期间切除皮肤。根据损伤的深度，皮肤伤口可分为表皮伤口、浅表部分厚度伤口、深部部分厚度伤口和全层伤口。为了获得最佳治疗，伤口必须早期诊断，尽管有些病例可能难以通过早期评估进行准确分类。由于皮肤的自愈合功能，表皮和浅表部分厚度的伤口通常可以再生，而不需要治疗干预。

这篇综述主要讨论和总结皮肤再生的主要方法和技术，特别关注皮肤喷雾技术的最新进展，包括调查和目前可用的商业化脱细胞和细胞产品，和他们的监管途径的解释。最后，我们对使用喷雾剂治疗各种皮肤状况的临床试验进行了详尽的搜索，并提出了皮肤喷雾剂生物技术的未来更可行的临床应用趋势。

2.1.伤口愈合的常规治疗方法：皮肤移植

深层伤口的传统治疗包括分裂和全层自体皮肤移植，包括从患者身体未受伤的部位切割一块皮肤，并将其移植到受伤部位。这种治疗方法是有效的，是治疗二度到三度烧伤最常见的方法，但它会给患者带来更多的疼痛，并使需要治愈的区域增加一倍。此外，自体移植的使用受到可用的未受伤的供体皮肤的大小，这导致使用不太理想的选择如临时覆盖其他类型的皮肤移植，如同种异体移植和异种移植，携带免疫反应和疾病传播的风险。一个减少的供体皮肤部位可以通过网状技术扩大到一个更大的尺寸，以获得网状的分裂厚度的自体移植物。然而，它们通常伴有供体部位和网状间隙的瘢痕，当其扩张率大于1：4时，由于难以处理，因此受到限制。复发性的解决方案用于烧伤护理是自体细胞放大数量，获得培养自体上皮移植(CEAs)，首次由莱茵瓦尔德和绿色在1975年，但它可能需要几周的组织培养成熟，成为可用于移植，而严重烧伤患者增加生存的机会当伤口切除和移植早期。尽管有很多报告成功的临床应用和更好的美容结果相比宽网格自体移植相比，不断培养角质形成细胞片的过程是昂贵的，耗时和劳动密集型，和床单显示脆弱，低效率，可变的移植和可怜的附件。此外，CEAs大多由一种细胞类型（角质形成细胞祖细胞）生长而来，因此缺乏完整皮肤结构所需的完整细胞元素（如黑素细胞、毛囊和汗腺）。如图1，展现了用于烧伤和伤口愈合应用的不同移植技术。

Fig. 1. Conventional grafting approaches for wound healing. Autologous skin grafts can be obtained from a biopsy of the patient’s own undamaged skin, and this autograft can be either applied directly over the wound, or expanded by meshing techniques or cell culturing prior to application. On the other hand, skin grafts obtained from another individual as a donor (allograft) or from an animal (xenograft), respectively, can be applied temporarily to cover the patient’s wound.

2.2.目前的治疗策略

由于生物合成皮肤替代品的发展，一些材料已被作为皮肤替代产品应用于临床或制药工程等，包括水凝胶、薄膜、细胞悬浮液、细胞片，或3D皮肤支架，由不同的TE方法如3D生物打印、静电纺丝，包括细胞喷雾设备等（第三节中更广泛的讨论）。这些产品可以分化为脱细胞和细胞皮肤替代品，都需要使用生物相容性和生物降解材料，也能够保持潮湿的环境，减少促炎反应，有满意的机械性能和多孔足以促进细胞增殖和生物分子的运输，营养和代谢废物。

2.2.1.用于皮肤替代品的生物材料

各种生物材料，包括天然的和合成的，已被广泛地用作皮肤的替代品。它们形成三维聚合物网络，旨在模拟天然ECM的结构和功能，也可作为细胞定位、粘附和分化的平台，从而刺激皮肤再生。为了制造重现皮肤生理条件的皮肤替代品，已经使用了几种天然材料，如胶原蛋白、纤维蛋白原、明胶、丝、透明质酸(HA)或海藻酸盐。

其中，胶原蛋白具有良好的生物相容性，是真皮ECM的主要结构蛋白，具有高度的仿生性。具有良好的生物降解性，低免疫原性，多孔结构具有良好的渗透性。市上有许多板材、凝胶、胶格或海绵敷料；但这些敷料往往生物稳定性差，机械强度低，而且纯胶原蛋白价格昂贵，且容易引起伤口收缩和瘢痕。因此，可以通过胶原蛋白的物理或化学分子间交联，或通过混合胶原蛋白与其他材料，如糖胺聚糖(GAGs)、琼脂糖、或壳聚糖等，来改变其力学性能。

伤口的一个重要生物聚合物愈合是纤维蛋白原，转化为凝血酶凝血级联，它已被广泛用于制备纤维蛋白胶或密封胶剂，覆盖伤口和提供一个直接临时矩阵，将入侵修复细胞在伤口床上。纤维蛋白原具有生物相容性和可生物降解性，可以从患者自身的血液中分离出来，因此限制了免疫原性。此外，纤维蛋白水凝胶已被报道可促进伤口愈合、表皮再生和血管生长；并减少疤痕的形成。纤维蛋白具有较高的弹性变形能力和较大的拉伸能力，但它也是最软的聚合物纤维之一，力学性能较低。然而，纤维蛋白凝胶的力学性能可以通过调整一些因素，如pH或纤维蛋白原和凝血酶的浓度来优化；或通过将纤维蛋白与不同的材料结合，，如HA、明胶或聚乙二醇(PEG）。

另一种生物材料壳聚糖由去乙酰化几丁质衍生，在伤口愈合和TE方面具有许多优势，包括生物相容性、生物降解性、止血活性、抗菌性能和刺激再上皮化等。此外，它还可以很容易地制成薄膜、凝胶或海绵。然而，它的力学性能需要改进，因为一旦它被干燥，它就会遭受严重的收缩和变形，这限制了纯壳聚糖制造皮肤替代品的应用。因此，为了克服这些限制，壳聚糖通常是交联，通过结构修饰，或与其他天然和合成聚合物结合，如明胶、琼脂糖或胶原等。例如，Soriano-Ruiz等人（2019）开发了基于三种gag(HA、硫酸软骨素和硫酸皮肤素)和胶原蛋白的四级混合物的壳聚糖水凝胶，用于伤口愈合。

明胶是一种胶原蛋白衍生的蛋白质，已经以海绵或薄膜的形式进行了研究。其优点包括促进上皮化和肉芽组织形成的能力，其高生物降解性和生物相容性，与胶原蛋白相比成本较低，但其低机械强度，使其只有在与其他聚合物结合时才有效。例如，明胶已与壳聚糖联合使用，广泛用于制造皮肤水凝胶，但这种混合水凝胶的机械强度仍然较差，可以通过添加其他材料，如HA或聚己内酯(PCL)来改善。

从家蚕中获得的丝状纤维素，具有良好的伤口愈合性能。它具有良好的生物相容性和生物降解性、止血性能、低免疫原性和非炎症特性，是无毒、非致癌的。此外，已知它可以加速伤口愈合，促进细胞增殖、胶原合成和再上皮化，并为细胞附着提供支持。其良好的力学性能和易于制造，使丝纤维成为一种有趣的皮肤TE生物材料。然而，丝纤维素没有抗菌特性，这往往会导致伤口感染，但这一问题可以通过添加其他抗菌材料来解决。对于皮肤伤口愈合，丝素通常以膜、水凝胶、海绵或纳米纤维支架的形式使用，或单独或结合其他材料，如藻酸盐或壳聚糖等。Roh等人（2006）比较了丝纤维海绵、藻酸海绵和丝纤维/藻酸混合海绵在大鼠全层伤口模型中的愈合效果，发现三种海绵较对照组提高了伤口愈合率，但混合海绵的伤口愈合率较高。

海藻酸盐是一种天然多糖聚合物，因其生物相容性、生物降解性、可承受性、无毒、非免疫原性和螯合能力等突出特性，在近十年来受到广泛关注。各种水凝胶、电纺垫和海绵形式的伤口敷料都是基于海藻酸盐，因为它对伤口愈合有许多优点，包括其止血和温和的防腐性能、符合性、促进肉芽组织形成和快速上皮化。海藻酸盐是高度亲水的，加上它保持水的能力，它允许维持一个潮湿的伤口环境，可以避免伤口床干燥。此外，其结构缺乏细胞粘附的信号序列，这使其成为伤口管理的重要材料，因为避免了海藻酸盐基敷料剥离时的继发性损伤。然而，海藻酸盐的结构完整性和力学性能较差，但可以通过与其他材料（如壳聚糖、纤维蛋白原或明胶）结合来改善；通过固定特定的配体；或通过交联。离子交联，使用二价阳离子如ca2+，交联是藻酸盐最常见的凝胶的方法，但这些二价阳离子可以释放并与周围介质中的其他一价阳离子交换，导致藻酸盐凝胶的溶解。尽管如此，海藻酸盐水凝胶也可以通过共价交联、热凝胶、细胞交联、自由基聚合和“点击”反应来促凝胶。

GAGs(包括HA、硫酸软骨素、硫酸肝素、硫酸皮肤素和硫酸角蛋白)在伤口愈合的所有阶段都起着至关重要的作用，这使它们成为表皮再生配方的必要成分。HA具有良好的生物相容性和生物降解性，具有较高的保水能力，以及抗炎、粘附和粘弹性性能。并能抑制组织粘附和瘢痕组织形成。目前市场上有一些HA衍生产品，但可溶性HA由于力学性能差，透明质酸酶降解速度快，临床应用受到限制。

另一方面，合成聚合物是更便宜和更可靠的材料来源，因为它们具有大量的均匀性，可以定制提供广泛的物理性质。其中，聚氨酯(PU)具有生物相容性和良好的机械性能，对细菌和水和对气体保持湿润环境，是伤口愈合的理想材料。PU产品具有成本效益，但它们对伤口床的粘附性有限。尼龙、聚（乙醇酸）和聚（乳酸）已以网状形式用于一些商业皮肤替代品。然而，其他聚合物，包括PCL或聚(l-乳酸酯)，已经显示出有限的临床成功，因为它们的细胞附着和增殖率低，由于有限的生物信号。

总的来说，天然聚合物具有良好的生物相容性，促进细胞粘附和增殖，但它们的一些局限性包括机械强度低，收缩或收缩，处理困难，在某些情况下，成本高；而合成聚合物具有良好的力学性能，但它们缺乏天然聚合物中存在的生物信号。因此，为了获得更好的机械强度和保持良好的生物相容性，天然聚合物和合成聚合物通常以不同的方式组合，例如通过混合或交联聚合物溶液；用天然聚合物涂覆合成网；或通过在合成针织网格的开口处形成天然聚合物的微海绵来构建混合网格。

如前所述，皮肤替代品可以不同的形式用于临床使用，如水凝胶、薄膜、细胞悬液、细胞薄片或3D皮肤支架。这些产品是使用前面描述的不同的生物材料制造的，在细胞替代品的情况下，也与异体细胞或自体细胞结合。这些细胞可以在获得后直接使用，也可以在用于制造皮肤替代品之前进行培养以放大它们的数量。三维支架是构建人工皮肤替代品的支柱，是细胞粘附和增殖的平台。针对皮肤TE的不同支架设计（如纳米纤维基质、微孔支架、聚合物网络、晶格或网格等）。可以通过传统的方法制备，如冷冻干燥或颗粒浸出，或通过新的TE技术，如三维生物打印、静电纺丝或喷涂（如图2）。

Fig. 2. Current therapeutic approaches for wound healing. Skin wounds can be covered and treated with different skin substitutes such as cell suspensions, hydrogels, cell sheets, films, or 3D scaffolds, which can be fabricated by techniques like 3D bioprinting, electrospinning or skin sprays. Skin sprays allow the delivery of hydrogels and/or cells to the wound. Cells used for cellular skin substitutes can either be autologous (obtained from a biopsy of the patient’s skin) or allogeneic (obtained from skin samples of donors); and they can be used directly, or they can be cultured to amplify their number prior their application.

在过去的几十年里，使用水凝胶局部喷雾剂或细胞悬液喷雾剂治疗急性和慢性伤口一直备受临床关注，这归功于它们的优势，例如可以治疗大伤口或喷洒区域具有不利的地形，减少的应用时间，以及喷涂悬浮液的均匀分布。

3.1.无细胞皮肤喷雾剂，脱细胞皮肤喷雾剂通常由水凝胶组成，当它们喷在伤口上时形成薄层，作为敷料，保护伤口免受感染和液体流失。此外，一些水凝胶可能有助于增强伤口愈合过程，其中一些具有抗菌特性或可以作为药物传递系统。纤维蛋白是最广泛用于皮肤喷雾剂的水凝胶，经常直接喷洒在较轻的伤口上，作为止血敷料或移植物，以促进粘附和吸收率

3.1.1.非商业性脱细胞皮肤喷雾剂

到目前为止，已经有几项研究在伤口上应用了不同的实验水凝胶，保护它们免受感染，避免水分流失。表1总结了它们。这些具体的研究只在体外或动物模型中进行，通常使用一个简单的喷淋泵作为喷涂装置，并且大部分的喷涂参数没有明确规定。

3.1.2.商业脱细胞皮肤喷雾剂产品，在商业无细胞喷雾剂中，他们中的许多人使用纤维蛋白作为他们的产品。其中最受欢迎的是Baxter的TISSEL®（在某些国家/地区以TISSUCOL®商标授权），这是一种纤维蛋白胶水，自90年代初以来一直被广泛用作开放手术和腹腔镜检查中的止血和密封的辅助手段，来自人血浆。它提供滴灌和喷雾器，连接到双注射器（一个用于纤维蛋白原溶液，另一个用于凝血酶溶液），允许外科医生根据患者的个体需求来选择正确的工具。作为一种喷雾剂，许多研究已经在体外和体内使用了TISSEEL®纤维蛋白密封胶，单独或与细胞一起使用。有时使用TISSOMAT®喷雾，这是巴克斯特公司的加压喷雾模块（空气压缩机），其喷雾套件有一个双注射器，支持其他材料的共同应用，如细胞悬浮液。使用组织 TISSEEL®（总结见表2）的研究报道，当纤维蛋白加入细胞治疗（如自体角质形成细胞和成纤维细胞，或自体间充质干细胞）时，与单独使用细胞治疗的伤口相比，伤口愈合加速，伤口收缩更少。TISSEEL®纤维蛋白密封胶是一种优秀的液体细胞传递载体，在加入凝血酶后快速聚合，形成嵌在纤维蛋白网中的细胞粘附细胞网络，仍保持其生长和分化的能力。

3.2.细胞喷雾剂，多种细胞类型已被用于细胞喷雾剂的体外伤口愈合研究，但自体表皮细胞主要用于体内研究和临床试验。细胞喷雾自体移植是一种仍在临床评估中的创新技术，包括从患者未受损皮肤的小活检中取出自体皮肤细胞，或将细胞直接喷洒在伤口上，或在喷洒前培养细胞以扩大其数量。与传统的自体薄片移植相比，细胞喷雾自体移植是一种简单而有效的方法，它避免了水泡的形成，需要更小的供体部位，从而减少愈合时间，减少并发症。

3.2.1.非商业性细胞性皮肤喷雾剂，通过喷雾或气溶胶输送细胞已经在许多进行了评估，表3收集了使用实验性细胞喷雾悬浮液进行烧伤和伤口愈合应用的主要研究结果，通常使用带有喷嘴或喷枪的注射器作为输送装置。表3所示的体外研究证明了喷雾剂作为成纤维细胞和角质形成细胞传递系统的可行性。在这些情况下，尽管细胞活性会随着喷洒压力的增加而降低，但在喷洒后依旧保持良好的增殖能力。

3.2.2.商业细胞性皮肤喷雾剂产品，1993年，澳大利亚外科医生菲奥娜木材博士开发了一种气溶胶系统喷雾一层病人的皮肤干细胞在受伤区域，称为“喷雾皮肤”，包括一个小活检从病人的未受损的皮肤，悬浮皮肤细胞的解决方案，然后喷洒说烧伤伤口的解决方案。这使得覆盖的面积是活检面积的80倍。基于此，Avita医疗公司推出了一种试剂盒，称为ReCell，它含有一种酶溶液，可以从活检中分离和分离皮肤细胞。最后，细胞悬浮在10 mL注射器中的乳酸钠溶液中，并且可以滴入伤口(如果注射器中的体积小于2 mL)或通过附着到注射器上的喷嘴喷洒(如果注射器中的体积大于或等于2 mL)。细胞悬液可以直接喷洒到部分厚度的伤口上，或在全层伤口的网状自体移植物上。细胞已广泛用于烧伤，也用于治疗其他皮肤病和疾病，如白癜风、白癜风、白斑病、治疗疤痕等。表4总结了使用ReCell的一些研究。他们报告说，在喷洒过程中细胞破裂最小，由于非培养细胞收获后立即应用的时间减少，伤口愈合速度加快，供体细胞收获面积小，而ReCell试剂盒的额外成本和更长的准备时间。

本研究发现共有104项关于皮肤喷雾剂的临床试验，其中9项为观察性研究，其余为介入性研究。大多数介入性试验处于2期试验（23项试验）或3期试验（22项试验），随后是20项试验处于4期试验。与此同时，只有7个试验处于第1阶段，其他一些试验处于第1和第2阶段之间，或在第2和第3阶段之间。此外，有16项试验表现为“不适用”(N/A)，因此没有fda定义的阶段（如图3）

如图4所示，银屑病是与皮肤喷雾剂相关的临床试验最多的皮肤状况，共有45项试验发现。随后是16项针对慢性伤口的试验（其中7项是腿部静脉溃疡，7项是糖尿病足溃疡，1项是压疮，1项是所有这些试验：静脉足、糖尿病足和压疮）。之后，有9项针对烧伤的试验，9项针对皮炎和湿疹的临床试验，包括特应性皮炎、放射性皮炎，以及1项针对由婴儿尿布引起的皮炎的试验。包括伤口愈合的8个试验是针对各种条件或外科手术程序进行的，这些试验的主要目的是愈合伤口。有7项脱发试验，将喷雾剂应用于患者的头皮上。3项试验针对寻常痤疮，另外3项试验针对白癜风和高血压。最后，还有其他5项针对不同情况的试验：酒渣鼻、红斑、毛状角化病和2项针对足癣的试验。

Fig. 4. Number of clinical trials per condition. The graph shows the number of trials found for each skin condition or disease, with psoriasis being the most numerous, with 45 trials. It is followed by ulcers and chronic wounds (16 trials), burns (9 trials), dermatitis and eczema (9 trials), wound healing applications (8 trials), alopecia (7 trials), acne (3 trials), vitiligo (3 trials) and other conditions (5 trials).

如图五展示临床试验中使用的皮肤喷雾剂类型：(a)根据治疗类型不同的临床试验数量：84个非细胞喷雾剂临床试验和18个细胞喷雾剂试验。在细胞组中，14个使用自体细胞，4个使用异体细胞；(b)使用每种细胞类型的临床试验数量：12个使用来自ReCell的自体表皮细胞，1个使用自体表皮基底细胞，1次使用自体角质形成细胞，4次使用异体人成纤维细胞和产品HP802-247的角质形成细胞。

不同皮肤状况的治疗可使用不同类型的喷雾，可分为脱细胞（补充表1）和细胞（补充表2），后者为明显较大的组(图5a)。这些临床试验的细胞喷雾剂包含表皮细胞，通常是角质形成细胞和成纤维细胞，其中大部分是从患者自身获得的自体细胞；除了那些评估产品HP802-247的试验，如前所述，该产品含有异体人成纤维细胞和角质形成细胞与纤维蛋白结合(图5b)。相比之下，临床研究中的大多数脱细胞皮肤喷雾剂是防腐溶液或抗炎药物，如皮质类固醇，大多数时候没有明确说明。然而，在这些试验中，一些脱细胞喷雾剂包括高分子生物材料，如纤维蛋白、壳聚糖或葡聚糖，而其他一些则应用自体富血小板血浆(PRP)（图6）。只有两项观察性研究没有对患者进行任何治疗，因为它们是对其他介入性三联征的随访研究。

Fig. 6. Percentage of clinical trials depending on the material used for skin sprays. 4 out of the 8 trials using fibrin were in combination with cells (from the product HP802-247), and 1 out of the 3 trials using PRP was in combination with keratinocytes. (PRP: platelet rich plasma; rhPDGF-BB: B isoform dimer of recombinant human Platelet-Derived Growth Factor; rh-bFGF: recombinant human basic Fibroblast Growth Factor).

综上所述，皮肤再生—特别是在深部伤口中，仍然是许多医疗保健专业人员面临的一个挑战。有许多多样的策略，但没有一个能提供完美的解决方案。与传统的皮肤薄片移植或生物工程皮肤替代品相比，使用喷雾剂作为水凝胶和细胞的输送系统，可以更轻松地治疗大型受伤区域，并缩短时间。市场上有一些皮肤喷雾产品，但细胞喷雾移植目前仍在临床评估中。到目前为止，只有少数设备被批准商业化和临床使用。许多临床前研究使用简单的注射器和喷雾泵，它们不太关注压力、距离、角度或体积等喷雾参数，因此，这些研究可能难以重复，因为这些参数会显著影响结果。新的喷涂装置应能够调节这些参数，特别是压力（例如，通过在设备上增加一个压力计或压力表）和体积。优化该设备和所用材料的这些参数是很有必要的新研究，因为使用不同的材料，如在随后的几层中喷洒不同的复合水凝胶，也可以用于模拟皮肤的不同层，可大大改善深部伤口的愈合。