介绍
经皮医疗设备在当代临床实践中是不可或缺的，但低至中度死亡率感染的相关发病率对急性和长期临床护理环境中的患者来说是一个巨大的经济和个人成本[1,2,三]. 2002年，美国估计有170万健康护理相关感染（HAIs）[4]. 大多数HAI都归因于膀胱/尿路和中心静脉导管的放置和/或维护[4]. 患者和导管相关风险因素的降低以及导管管理指南的实施改善了结果，但没有解决与皮肤-植入物界面相关的固有感染风险[5,6,7]. 不幸的是，这些策略都无法取代稳定的生理性皮肤-植入物界面屏障所提供的保护。因此，限制经皮器械相关HAI发生率的最有效方法仍然是对给定器械的设计进行仿生和/或生物力学优化，以在皮肤-界面处形成理想的永久性皮肤密封。几十年来，这种理论基础推动了大量的转化和临床、经皮器械设计相关研究[8,9,10,11,12]. 最近，经皮骨整合（OI）假体（POP）系统，一种新型的用于平民截肢者的上下肢矫形假体经皮穿刺装置，已开始成为该领域的研究重点[13,14].
美国每年大约有18.5万人截肢[15]. 与上肢或下肢截肢无关，这些患者中的许多人在截肢后的剩余时间里都会出现多种皮肤科和/或感染相关的并发症，佩戴假肢插座[16,17,18]. 传统假肢插座系统带来的临床、生物学和社会行为挑战促进了欧洲替代性上下肢POP对接系统的发展[19,20,21,22].
回顾性欧洲案例研究表明，POP系统可以改善本体感觉和步态效率，但这些系统有其固有的局限性[23,24]. POP系统的主要局限性是表面（即皮肤-植入物界面）和深层（即骨髓炎）感染率分别为18%和30%，以及皮肤-植入体界面的持续皮肤退化（即迁移）[23,25]. 尽管POP系统的植入程序因不同调查组的设计规范不同而有所不同，但所有程序的基础都需要创建一个经皮穿刺点，经皮桩将通过该点进行外泌附着。该经皮穿刺接入点的创建创造了一个开口，内部生物液体可通过该开口与体外材料或拮抗剂接触并相互作用。在POP系统的皮肤-植入物界面观察到的感染率和软组织适应在因果关系（例如炎症介质、软组织刚度不连续性）和结果（例如伤口床细胞因子浓度、伤口床细胞组分、伤口床的细胞密度）方面没有太大差异正常和病理创伤愈合过程文献中报道的生物力学和生化微环境[26,27,28,29]. 因此，旨在改善正常和/或病理伤口愈合结果的策略可能有助于维持POP系统的皮肤-植入物界面。
专注于改变急性和/或慢性伤口的大体和细胞水平行为的伤口护理策略已经激发了大量的研究[30]. 急慢性伤口的创面床包括一个精心安排和精细平衡的蛋白质、细胞因子和趋化因子环境，确保及时恢复局部和整体的稳态。动态相互作用和伤口床氧化还原信号是健康愈合伤口床的基本组成部分[31,32,33,34]. 氧化还原信号，特别是活性氧（ROS）/自由基、自由基猝灭剂/抗氧化剂（例如一氧化氮[NO]）和O的作用2-依赖性细胞过程被认为是急慢性创伤环境中关键的相互联系过程[32,33,34,35]. 每一个过程的协同作用对床内蛋白质合成和降解以及细胞因子级联上调或下调有显著影响[32,33,34]. 因此，旨在改变或管理氧分压[pO的伤口护理策略2]（伤口床中外源性氧渗透和交换以及氧化还原信号的替代物）在伤口部位-体外界面提供了一种快速改善伤口愈合结果的方法。具体而言，经皮失水（TEWL）管理已被证明在急性和慢性伤口床中引起有利的表型和形态变化，导致加速、积极的伤口闭合结果[36]. 与急性和慢性开放性伤口类似，经皮装置皮肤-植入物界面的三（3）点接合处（即环境、皮肤和植入物）的氧化还原信号也可能在伤口愈合结果中发挥关键作用。因此，将TEWL或类似技术应用于经皮系统可能有利于建立或维持稳定、完整的皮肤-植入物界面。
尽管TEWL或类似方法具有潜在益处，但当前的翻译POP模型要么在生物力学上过于激进，要么在生理行为上过于不同，要么成本过高，无法在严格的科学模型中评估这些方法的效果[37,38,39]. 理想的模型将允许多个植入点同时研究各种植入设计和治疗条件，同时再现人体POP系统经皮皮肤植入界面的复杂生化和生物力学微环境[40].体内猪背模型很好地解决了这些参数中的大多数，显示出与人类皮肤伤口愈合过程的显著生化和形态学相似性[41]. 施泰因施特雷塞尔等。开发了一种基于猪背的创伤室模型，用于研究真皮创伤床感染[42]. 这种模型允许在脊椎屈曲和伸展期间与底层骨骼结构同步运动。尽管大小不同，但皮肤-植入物界面相对运动的周期性模仿了人体POP系统和承重、骨锚定、经皮植入物模型中观察到的软组织加载条件/模式[39]. 因此，开发类似的经皮植入物猪背模型可能对经皮装置设计的转化研究特别有利，其目的是：1）通过创建稳定的皮肤-植入物界面来提高皮肤-植入体界面的寿命，和2）检查经皮界面伤口处理技术（如TEWL）。
既定的临床伤口管理技术（例如湿压/湿压或封闭敷料）可能有助于解决经皮医疗设备的皮肤-植入物界面以及明确的POP系统带来的挑战[36,43,44]. 将这些技术引入经皮设备相关的转化研究中，可能对进一步深入临床了解机制特别有利，这些机制是皮肤-植入物界面适应性伤口愈合过程的基础。此外，有人预计，由于人类皮肤和猪皮肤以及伤口行为的相似性，这些伤口护理技术的再生和恢复能力将有助于在转化研究中取得类似的积极伤口闭合结果。因此，在接下来的初步研究中，我们假设TEWL管理模拟经皮骨整合假体的皮肤-种植体界面将有助于改善和维持适应猪背部模型中的稳定皮肤密封。分析的目的是双重的。首先，本研究的定性和定量结果与之前进行的用于评估和验证猪背部的负重POP绵羊模型的结果进行了比较，经皮装置模型作为POP系统中皮肤-植入物界面行为研究的高通量类比。其次，分析和测量用于评估TEWL管理在促进改善伤口闭合结果、延长皮肤-植入物界面存活率、激活不同的伤口床细胞类型和减少皮肤退化方面的影响。
结果
毛皮形态学、适应性和微生物学
经治疗（G1）和未经治疗（G2）的动物的皮肤-植入物界面的显微照片清楚地表明，软组织适应就地多孔钛涂层基板(). 确定了表皮-皮肤反应的三个不同的同心区域()在移植周围软组织内（近端到远端）：1）界面区域（*）；2） 过渡区（**）；和3）应力吸收区（***）。“界面”区域有一个薄的（1-3个细胞）、迁移表皮（K6+）和一个由高细胞（DAPI密度）、高血管（Coll-4+）肉芽组织构成的伤口床。肉芽组织阻碍了该区域表皮与真皮乳头的接触，这与伤口床的积极愈合相一致(). 此外，治疗组的移行上皮边缘/伤口边缘（2813±219μm）远长于未治疗组（1400±108μm），这表明TEWL治疗可诱导更活跃的移行角质形成细胞表型(). 过渡区的表皮比界面区的表皮厚，尽管层厚的增加并没有转化为该区域角质形成细胞的终末分化（即去核和角化）。与界面区的上皮下组织类似，过渡区下方的肉芽组织也是高细胞和高血管的。皮肤近端（即肉芽组织区域）和远端（即未损伤组织）的Coll-4+染色面积分数的比较差异分别为19±10%和3±2%；再次表明伤口床正在积极愈合(，由划分虚线线和基底表皮表面）。最后，最外面的区域，即应力吸收区域的特征是表皮增生和不规则网状脊状结构的形成(). 该区域的浅表角质形成被剥离和角质化，表明角质形成细胞分化。与治疗条件无关，该区域下方无肉芽组织。在应力吸收区的远端边缘，皮肤超结构归一化为一种特征性、稳态/无创伤原型。
经治疗（G1）和未经治疗（G2）植入物的免疫组织化学分析显示，与皮肤伤口主动愈合和/或持续愈合相关的蛋白表达增加。胶原蛋白4（Coll-4+）[绿色]皮肤中的表达与内皮和上皮基底膜有关。在G1植入组（#）的肉芽组织中，Coll-4表达的定性增加表明植入周围血管增加，伤口床持续活跃[一]. 相比之下，G2植入组（*）的肉芽组织中coll-4的表达要少得多[b条]. 除Coll-4外，角蛋白6（K6+）相对增加[红色]与G2植入物相比，G1植入物表皮的表达表明伤口边缘迁移更为活跃[c]. 伤口边缘移动性的增加表明伤口不太稳定和成熟，从而降低了可持续皮肤植入整合的可能性。
还考虑了感染性病原体/生物膜对皮肤-植入物界面伤口愈合过程的有害影响。在研究过程中，没有植入物伤口部位的Holgers评分为4或更高。本研究中观察到的Holgers分级所描述的皮肤反应与其他经皮植入物相关研究一致[39,45]. 所有皮肤-植入物界面（100%）都有正常的皮肤菌群（手术后和安乐死后）。这些环境生物包括凝固酶阴性葡萄球菌、和金黄色葡萄球菌、肠球菌、芽孢杆菌和类白喉然而，在安乐死时，没有一个部位显示出感染的临床迹象。因此，在3个月的时间点，很难确定这些物种在皮肤-植入物界面诱导感染介导的水肿或炎症中的机会主义作用。更具体地说，很难确定感染介导的水肿或炎症对皮肤-植入物界面的大体伤口愈合行为产生或不产生负面影响的程度。
伤口边缘长度和皮肤回归动力学
植入后12周，在治疗组和未治疗组中，离经皮界面最近的皮肤显示出持续的近端退化迹象(）。平均伤口边缘长度和伤口边缘生长/退化速率分别为6.02±0.96 mm和2.01±0.32 mm/月()治疗组（G1）为1.74±0.22 mm，未治疗组（G2）为0.57±0.07 mm/月()分别是。相比之下，治疗组的伤口边缘生长/表皮退化率几乎是未治疗组的四（4）倍。
经皮失水（TEWL）治疗增加了皮肤-植入物界面处的皮肤退化，降低了经皮植入物表面的总覆盖率。定性地说，与未经治疗的植入物相比，经治疗的移植物具有更长的伤口边缘和增生的表皮层[一和b条]。当进行定量比较时，将凡士林®应用于TEWL管理的皮肤-植入物界面（治疗组）导致表皮退化增加，经皮植入物表面覆盖率和整体软组织整合率降低[c和d、 分别].箭头表示经处理和未经处理的3相连接/皮肤-植入物界面的代表性位置。
固定表面覆盖率和大体皮肤回归
治疗组皮下固定表面的上皮下和/或真皮附着百分比（以皮下固定表面覆盖率测量）减少(). 植入后3个月，约36.5±3.3%的G1（治疗）表面被上皮下软组织覆盖。在同一时间段内，G2（未处理）表面覆盖率约为77.8±1.8%。相比之下，G2（未经处理）种植体的表面覆盖率比G1（经处理）的种植体表面多41%（95%CI:35,48；第页< 0.001). G1和G2植入物的大体皮肤退化率分别为2.76±0.29 mm/月和0.85±0.10 mm/月。G2组和G1组植入3个月后表面覆盖率的比较差异表明，基于凡士林®的TEWL管理可能不适合用于维持经皮装置的皮肤-植入界面。
皮肤-植入物界面伤口愈合反应
对模型POP真皮下固定表面的皮肤-种植体界面进行免疫组织化学分析表明，种植体周围软组织区域出现了高颗粒、高血管化，并且存在纤维细胞/纤维细胞样细胞(). 当比较G1和G2动物的组织学样本时，观察到胶原3（Coll-3+）（即在伤口愈合过程早期沉积的胶原基质）和胶原4（Coll-4+）（即在基底膜成熟过程中沉积）表达的定性增加。尽管没有量化，但这些比较增加表明细胞密度的治疗依赖性增加，以及皮肤-植入物界面附近植入物周围肉芽组织内活性的潜在增加(，面积用（#）和（*）表示）。此外，经治疗和未经治疗的植入物之间角蛋白6（K6+）表达的定性增加表明，生物化学和生物活性上皮反应高度活跃，表明皮肤伤口愈合反应中常见的移行上皮和移行角质形成细胞表型[48]. G1植入物与G2植入物的组织学并置表明，植入后3个月，G1皮肤-植入物界面和植入周围肉芽组织区域明显更活跃。此外，CD45+和原胶原+细胞的共同定位表明G1和G2植入物的周围软组织中存在纤维细胞().
植入后3个月，在经皮装置的皮肤-植入物界面区域内识别纤维细胞表明存在持续的促炎和促纤维化伤口环境。使用局部染色技术（CD45+和原胶原+）确定纤维细胞的潜在位置(白色虚线圆圈）[C类]是G1植入物肉芽组织（由红色（表皮-真皮基底膜）和黄色（远端周长）虚线包围的橙色虚线区域）中的一种特殊的“成纤维细胞样”原纤维细胞系[B类和C类]. 纤维细胞被怀疑在许多病理生理学和纤维化条件中发挥作用，并可能在经皮装置的皮肤-植入物界面的异物反应和独特的伤口愈合过程中发挥作用。
讨论
用于皮肤-种植体界面表征的Pig Dorsum模型的建立
给定的体内模型依赖于该模型再现在相应人类条件下观察到的生理学和病理生理学的能力。众所周知，猪模型的皮肤行为是伤口愈合相关研究的理想选择，但由于骨骼的局限性，目前已在猪身上进行了无负荷POP研究。我们小组开发的一个单阶段截肢-植入负重POP绵羊模型提供了关于多孔涂层、加压-填充钛内植入物的骨附着的关键信息[39,49]. 由于缺乏动物内控制（即每只动物一个植入物），绵羊模型在描述软组织适应和愈合反应机制方面的能力有限。在比较之前的绵羊和当前的猪背模型时，尽管猪模型中没有直接的骨骼承重，但在3个月的植入期内，软组织形态和回归动力学有明显的相似性() [49]. 未经处理的猪背经皮装置和羊模型植入物的皮肤回归动力学分别为0.84±0.11mm/月和0.67±0.11mm/s月。该数据与未经处理的猪背和羊模型的上皮下软组织/皮肤附着数据相关，分别为77.8±1.8%和86.2±2.6%。定量测量结果的比较表明，绵羊和未经治疗的猪背部经皮装置模型具有相似的皮肤退化机制，进一步表明了潜在的类似生理条件。因此，研究人员认为两种模型中显示的软组织行为可能具有共同的因果模式，这一观点得到了两种模型的定性比较的进一步支持。
Photomicrographs from the peri-implant region of an体内负重经皮骨整合假体绵羊模型及其应用体内经皮植入后猪背部模型显示出定性的组织学相似性。两种绵羊模型围移植区的皮肤[一]和猪背模型[b条]显示了大体软组织适应的证据，通过界面区域（*）、过渡区域（**）和应力吸收区域（***）的发育来描述[未在此放大倍数下显示]。
与绵羊研究一样，全球软组织反应表明存在协调的表皮-皮肤反应。在三个相邻的皮肤反应区（界面、过渡区和应力吸收区，). 时间依赖性皮肤反应的相似性支持了一种共享的软组织行为潜在机制的潜力，该机制超越了纯粹的宿主-细胞/组织-生物材料相互作用。研究人员认为，两项研究中观察到的异常伤口愈合的主要阻碍因素之一是皮肤-植入物界面的相对运动以及宿主组织试图解决这些复杂的载荷条件。增加的定性和定量措施使猪背经皮植入模型能够对这种极其复杂的宏观和微观伤口愈合环境的生化和生物力学参与者进行进一步深入的研究。最终，承重POP绵羊模型和猪背模型之间的相似性似乎验证了这种方法作为一种更经济、高通量的方法来评估经皮接口设计特征的开发和使用。带有仿生表面的猪背部模型可能有助于更好地表征和描述此处和其他经皮系统中看到的软组织反应。
经表皮失水（TEWL）处理对种植体周围组织行为的影响
TEWL管理和机械微环境稳定性对积极伤口闭合结果的影响已得到证实。然而，对于经皮装置皮肤-植入物界面的类似方法的实用性尚不明确。尽管pO2本研究的皮肤-植入物界面的氧化还原信号产物没有明确测量，在猪背模型中，TEWL管理对经皮装置皮肤-植入体界面的整体影响显示出潜在的有害毛组织反应（即炎症和植入周围增生）对于经皮种植体存活率，反驳了这一假设。
盖兰特·贝姆等。发现在TEWL治疗中加入封闭敷料通过改变角质形成细胞增殖和迁移影响促纤维化和抗纤维化表皮信号传导体内，兔增生性瘢痕（HS）模型[44]. 伴随反应的累积效应是减少皮肤纤维化和HS形成。在本文的研究中，气液界面的改变导致角质形成细胞增殖和迁移的类似放大；与未经处理的植入物相比，表皮增生和移行伤口边缘长度的增加（即皮肤-植入物界面的移行速度）在数量上证明了这一点。这两个结果都表明伤口持续愈合。此外，当结合上皮下组织附着数据时，结果趋势表明皮肤大体退化。研究人员认为，上皮细胞和亚上皮细胞的协同固定可能对患者的经皮器械长期存活至关重要。
了解上皮细胞和上皮细胞在经皮植入物周围近端皮肤迁移中的感知作用对于促进就地经皮穿刺器械的使用寿命。基于凡士林®的TEWL管理对上皮细胞，特别是角质形成细胞的影响，导致角质化细胞表型（K6+）、创面肉芽增生和纤维增生（procoll-1+）、高血管化（Coll-4+）和创面床/界面细胞密度（DAPI密度）发生质性变化。这些加速伤口愈合的效果预计将在TEWL治疗后出现。加速伤口愈合过程的证据支持持续、近端皮肤迁移（试图重建稳定/不间断的上皮）作为经皮器械失效的主要介质的作用。
其中许多蛋白质，特别是K6，在表皮驱动的正常和/或病理性伤口愈合情况下具有特征性[28,50,51,52]. 这些TEWL介导的组织形态计量学反应表明角质形成细胞和成纤维细胞/成纤维细胞样细胞衍生的伤口愈合方式具有显著的效应作用[27,36,51,53,54,55]. 因此，识别具有进化的机械传导和机械传导结构的细胞类型和群体可能对于进一步表征植入物周围界面伤口愈合微环境至关重要。
周围软组织中纤维细胞的鉴定
成纤维细胞和肌成纤维细胞是与正常和/或病理伤口愈合场景相关的最常见的细胞类型，但最近的文献表明纤维细胞也可能在纤维化病理中发挥作用[56,57,58,59]. 纤维细胞被描述为循环外周血来源的祖细胞群，通过细胞外基质蛋白和促炎及促血管生成细胞因子的表达，表现出成纤维细胞和巨噬细胞的特征[57]. 尽管纤维细胞约占循环非红细胞的0.5%，但已有研究表明，纤维细胞通过多种细胞因子和趋化因子的表达影响稳态、促炎症、促纤维化和病理生理过程的行为[59]. 迄今为止，没有一个研究小组在经皮器械的皮肤-植入物界面的植入周围组织中发现纤维细胞，但作为证据，纤维细胞可能在经皮设备周围的伤口愈合中发挥作用(). 研究人员并不认为TEWL治疗单独促进了纤维细胞的出现，但进一步的研究可能会更好地阐明围移植组织中纤维细胞群的活动。
