傷口大師

安南醫院 游朝慶醫師

     最近，科上辦了一場seminar，由廠商代表來說明三種新進的產品：用於傷口癒合的生長因子凝膠及噴液。講得很神奇，可以快速促進傷口癒合，並且預防疤痕增生。且沒有任何副作用，也不會有導致癌症的可能。一瓶7.5ml可噴120次，自費售價4600元。還不需冷藏，並且展示出兩張衛部醫器製號。

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    2010年美國通過並生效俗稱歐巴馬健保的全民健保，並開始了一連串對醫界給付的打擊改革。話說美國醫學會當初為所有可能的治療、診斷、手術操作設置了一套5位數編碼，稱為“當前診治操作專用碼”（Current Procedural Terminology, 簡稱CPT，Medicare 例外, 它們使用HCPCS codes)。每個CPT 代碼有一個加權值，叫“相對價值單位”（Relative Value Unit 或 RVU)。這個值越大，說明醫生提供這項醫療服務消耗的時間，人力和其他成本越大。美國健保局CMS按照每年的財政預算算出一個費率常數，叫“變換常數”（Conversion Factor)，與每一個CPT代碼的“相對價值單位”（RVU）相乘，其積就是每個CPT代碼所代表的診療手術的費率。因此，所有醫生可以提供的診療手術服務的聯邦醫保價格全部有據可查，基本全國統一¹。 2011年美國健保局將變換常數從$36.8729殺到 $33.9764，砍了7.8%²，如台灣的的健保給付點值，從1點1元調到1點0.922元，接著修改清創傷口手術的定義，原本在美國清創手術是報1104X，(X=0-4)，根據傷口數量及深度來申報，但如今改為傷口總面積來算，20平方公分以下給付188元，超過部分(add-on）再多給188元，並取消淺部傷口清創碼Partial- (11040) 及full-thickness (11041) skin debridement，而以removal of devitalized tissue (97597)，超過20平方公分再額外給付(雖然點值一樣)，看起來都差不多，但以臨床個案來看，一個患者有兩個 3 x 3 cm (9 cm2)的傷口，深及皮下組織，在2010年時可申報 11042 加11042減59元(這-59元是因第二項手術需減半)，但到2011年，因兩個傷口加起來未達20平方公分，故只可申報 11042一項，即使能將傷口擴大到超過20公分，第二個add-on手術碼也只能申報4成，而人工皮膚 Apligraf (15340)及人工真皮Dermagraft (15365)的申報碼業被改為G code (G0440)。在2010年時Apligraf的RVU 為7.00，而Dermagraft為7.72，到2011年，G0440只有剩3.51。這些種種的措施使得處理傷口的醫師收入減少了22%。³

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     在傷口治療產業中，已不再稱呼這些利用組織工程技術製成的人工皮膚為傳統稱呼的『皮膚替代物skin substitutes(SS，文獻中以此名稱為最常被習慣使用，即使是目前也仍然被大量持續使用中)』或『組織工程皮膚Tissue Engineered Medical Products , Tissue Engineered Skin (and soft tissue substitute)』、『人工真皮Dermal substitution, tissue-based products, dermal replacements』，『人工皮膚 artificial skin replacement product, artificial skin substitutes, skin equivalent, composite skin graft』、『生物工程皮膚Bioengineering skin substitutes(BSS), Biological skin substitutes, Bioengineered Skin and Tissue』，學界習慣稱呼這類產品為組織工程皮膚，美國健保局CMS及美國健康保險公司認為是生物工程皮膚^1,2，歐洲EMEA稱為『細胞產品cell-based products，medicinal products，“advanced therapy medicinal products” (ATMPs)』，日本稱為『cell/tissue-engineered products』³，產業界習慣稱呼這類產品為『細胞或組織產品cellular/ tissue-derived products (CTPs)』⁴。

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    Organogenesis其實是把Apligraf治療傷口的療效歸於現今流行的『（幹）細胞治療』，而不是傳統的皮膚移植(graft)。

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    Eugene Bell和發明人工真皮integra的Yannas、培養表皮自體移植epicel的Green、及在Science發表組織工程耳朵的Robert Langer都同樣在MIT工作，但分別屬於不同的實驗室，Bell博士在MIT工作30年後，於1986年退休並成立兩家公司 Organogenesis及TEI Biosciences ，其中，TEI Biosciences主要生產無細胞真皮基質acellular dermal matrices (ADM)，如 SurgiMend，做為乳房重建、人工腦膜dura或疝氣修補之用，及用於傷口修補的無細胞人工真皮PriMatrix（2015年以3.12億美元賣給Integra LifeSciences公司），Organogenesis器官再生公司則專門生產這種生物性基質材料與活細胞組合成的皮膚組織產品—Apligraf(2000年之前舊稱Graftskin® ,最早則稱為Living Skin Equivalent)，其於1986年公開上市以募得資金，1992年於麻洲坎頓商業中心Canton建立製造工廠並開始正式營運，於1996年，總部位於瑞士巴塞爾的諾華公司取得Organogenesis的Graftskin的獨家銷售權，諾華公司並將此產品註冊為Apligraf（所以Apligraf的商標是屬於諾華公司的），並在日後完成臨床實驗，於1998年取得FDA(PMA Number: P950032)的審查通過，以新興醫療器材取得上市許可，用於沒有感染且傳統治療1個月無效的靜脈性潰瘍(VLU)，為第一個取得FDA含有活細胞的組織工程產品，也是目前最成熟的組織工程化複合皮膚，其又於2000年通過FDA許可(PMA Number: P950032)來治療傳統治療3個月無效、全層皮喪失但無韌帶、肌肉、鞘膜或骨頭露出的神經性糖尿病足潰瘍。然而生產治療Apligraf的成本太高，在2002年時，生產一片Apligraf的成本是600美元，但合約上卻必須被迫以350美元賣給諾華公司，若是當成非販售用的展示品則只能賣90美元，且合約上還規定Organogenesis公司不能將Apligraf賣給其他公司，也規定Organogenesis公司需根據訂單提供諾華公司所要求的產品數量，如此導致Organogenesis公司年年虧損，於2002年時幾乎破產，諾華公司原本趁機想要將其併購，Organogenesis公司最後不得不在2002年時根據《破產法》第十一章向法院聲請破產保護，並從股票市場下市。在法律保護下進行資產及債務的重組，以使起死回生，避過停業與清盤了結的命運。並被迫停工及遣散數百名員工，2003年6月，Organogenesis公司重組成功，馬上回雇70名1年前被迫解雇的員工，並從諾華公司取得Apligraf的商標授權，及銷售權¹，於2004年開始在全美販售Apligraf，於2012年，FDA通過Gintuit（原名CelTx ，2009年以PMA提出申請，但2010後FDA將這類細胞治療的產品不再歸於醫療器材，而是當成生物製劑，故最後是通過生物製劑管理的BLA STN 125400，和Apligraf類似，由培養的人類表皮細胞及牛膠原蛋白中的纖維母細胞組合成Allogeneic Cultured Keratinocytes and Fibroblasts in Bovine Collagen，卻是屬於黏膜替代物mucosal substitute，治療急性傷口，而Apligraf則是治療慢性傷口）用來治療口腔外科因牙齦或齒槽黏膜缺損的傷口²。

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    Eugene Bell和發明人工真皮integra的Yannas、培養表皮自體移植epicel的Green、及在Science發表組織工程耳朵的Robert Langer都同樣在MIT工作，但分別屬於不同的實驗室，Bell博士在MIT工作30年後，於1986年退休並成立兩家公司 Organogenesis及TEI Biosciences ，其中，TEI Biosciences主要生產無細胞真皮基質acellular dermal matrices (ADM)，如 SurgiMend，做為乳房重建、人工腦膜dura或疝氣修補之用，及用於傷口修補的無細胞人工真皮PriMatrix（2015年以3.12億美元賣給Integra LifeSciences公司），Organogenesis器官再生公司則專門生產這種生物性基質材料與活細胞組合成的皮膚組織產品—Apligraf(2000年之前舊稱Graftskin® ,最早則稱為Living Skin Equivalent)，其於1986年公開上市以募得資金，1992年於麻洲坎頓商業中心Canton建立製造工廠並開始正式營運，於1996年，總部位於瑞士巴塞爾的諾華公司取得Organogenesis的Graftskin的獨家銷售權，諾華公司並將此產品註冊為Apligraf（所以Apligraf的商標是屬於諾華公司的），並在日後完成臨床實驗，於1998年取得FDA(PMA Number: P950032)的審查通過，以新興醫療器材取得上市許可，用於沒有感染且傳統治療1個月無效的靜脈性潰瘍(VLU)，為第一個取得FDA含有活細胞的組織工程產品，也是目前最成熟的組織工程化複合皮膚，其又於2000年通過FDA許可(PMA Number: P950032)來治療傳統治療3個月無效、全層皮喪失但無韌帶、肌肉、鞘膜或骨頭露出的神經性糖尿病足潰瘍。然而生產治療Apligraf的成本太高，在2002年時，生產一片Apligraf的成本是600美元，但合約上卻必須被迫以350美元賣給諾華公司，若是當成非販售用的展示品則只能賣90美元，且合約上還規定Organogenesis公司不能將Apligraf賣給其他公司，也規定Organogenesis公司需根據訂單提供諾華公司所要求的產品數量，如此導致Organogenesis公司年年虧損，於2002年時幾乎破產，諾華公司原本趁機想要將其併購，Organogenesis公司最後不得不在2002年時根據《破產法》第十一章向法院聲請破產保護，並從股票市場下市。在法律保護下進行資產及債務的重組，以使起死回生，避過停業與清盤了結的命運。並被迫停工及遣散數百名員工，2003年6月，Organogenesis公司重組成功，馬上回雇70名1年前被迫解雇的員工，並從諾華公司取得Apligraf的商標授權，及銷售權¹，於2004年開始在全美販售Apligraf，於2012年，FDA通過Gintuit（原名CelTx ，2009年以PMA提出申請，但2010後FDA將這類細胞治療的產品不再歸於醫療器材，而是當成生物製劑，故最後是通過生物製劑管理的BLA STN 125400，和Apligraf類似，由培養的人類表皮細胞及牛膠原蛋白中的纖維母細胞組合成Allogeneic Cultured Keratinocytes and Fibroblasts in Bovine Collagen，卻是屬於黏膜替代物mucosal substitute，治療急性傷口，而Apligraf則是治療慢性傷口）用來治療口腔外科因牙齦或齒槽黏膜缺損的傷口²。

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    一位麻省理工學院生物系的教授Eugene Bell (1919 – 2007，圖1)於1981年發明了一種含細胞的醫療敷料，其利用所開發出之動物膠原蛋白純化技術以及人體上皮細胞(epithelial cells)、內皮細胞(endothelial cells)與纖維母細胞(fibroblasts)等多種成體細胞之體外培養技術，成功在實驗室中培養出皮膚類似物(skin-equivalent，皮膚替代物)，並發表於國際頂尖期刊「科學」(Science)上¹，當然是在專利申請之後^2,3。其產品為二層的人工皮膚，做法是先將人類真皮纖維母細胞種植在type I牛膠原蛋白基質中，6天後，細胞成長並分泌細胞外間質，形成類似真皮層的組織，再將來自人類新生兒包皮的角質細胞種植上去，讓角質細胞附著在真皮上，讓角質細胞開始分裂分化並形成表皮層，再將此雙層人工皮膚撕下，繼續培養在空氣及培養基的界面(air- liquid interface)，誘導表皮層更加成熟，最後再包裝運送（詳見圖2）。優點：癒合後表皮細胞仍舊由患者本身細胞所取代，但病人不須再承受傷口癒合撕裂的痛苦，可以一次完成表皮和真皮層的重建。缺點：製造程序複雜，很難拿捏並具易碎性，且容易被降解，更由於含有異體細胞，有病毒傳入及產生免疫反應的危險性⁴。而且此類活細胞產品的運輸成本很高。其保存運輸溫度為20-23C，保質期是15天。

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    位於賓洲費城的Integra公司是由Richard Ernest Caruso於1989年成立的，Richard E Caruso於1943年出生於新澤西州的大西洋城，年輕時，藉由踢出一腳好足球，而獲得賓洲薩斯奎漢納大學的獎學金，於1965年拿到會計學系學士學位，接著又於賓洲巴克納爾大學拿到商業分析碩士MSBA，並開始於Price Waterhouse and Co公司擔任審計員，於1969年他開始到一家從事專案融資的 LFC Financial Corp公司工作，Caruso在此發揮他在創意性租賃Creative leasing及市場策略的天份，20年後，成為了這家公司的執行副總裁及主要股東principal，雖然賺進了大把鈔票，但不滿足，在許多人眼中是屬於成功的人士，然而這個父母為義大利裔美國人的小孩卻一直在思考，『我個人並沒有感覺到成功，因為除了財務上的成功外，我並沒有達到實質上的成就。』“I did not personally feel successful because, in my mind, I could not point to any substantive real accomplishment other than my financial success.”，他在1987年成立了『不平凡個人基金會』(The Uncommon Individual Foundation)幫助企業家創業及追求夢想，並利用公休假，在倫敦經濟學院LSE花兩年就完成了Ph.D學位，終於他找到了一種新的商業挑戰，不但可發展新科技並可造福人類。他開始對可取代人類器官的新科技感到興趣，在1989年，儘管對醫學常識的缺乏，他還是於美國德拉瓦州成立了一家離岸公司，致力於再生醫學^1,2。

Richard Ernest Caruso

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    在1969年，一位哈佛畢業的外科醫師John F. Burke  (July 22, 1922 – 2011)瞭解到他需要尋求非醫學領域的幫忙，多年來，他在麻省總醫院波士頓慈壇社燒燙傷研究所（Shriners Burn Institute）裡一直尋找不到好的人類皮膚替代品，他於是向鄰近的麻省理工學院MIT求援，然後一位MIT機械工程的纖維及聚合物專家 Ioannis V. Yannas工程師博士就過來了。7年後，這兩人領導的團隊終於開發出第一個產品合成人類皮膚synthetic human skin，一種混和塑膠、牛的組織（牛的韌帶膠原蛋白）及鯊魚的軟骨的綜合體^1,2，接著他們做了許多動物實驗，並於1980年發表³，在內文，作者講到，在以前，燙傷患者會用屍皮，但其來源不足，且會產生排斥反應，若使用豬皮，其必須在第三或第四天產生嚴重沾黏前移除，而早在1943年，人們就知道如何從動物皮中萃取出膠原蛋白並當成為傷口敷料。在1972年，有人發明可以將豬皮中的細胞及非膠原蛋白成分’洗’出來，然後將此無細胞的膜當作一種覆蓋傷口的敷料，有趣的是，在此敷料未被崩解前，可觀察到細胞長進去此敷料內並轉化成肉芽組織，且沒有產生排斥⁴。也有人發現若將膠原蛋白產生交叉鏈接cross-link，將比較不容易被降解^5-7。

    他將燙傷分為兩個階段，第一期為早期，主要是防止感染及水分喪失，第二期是後期，主要是防止疤痕產生及疤痕巒縮，作者一直在尋找一種人工皮膚可以同時解決這兩種問題，在表皮部分，雖然說大多的多胜類polypeptides及一些多醣類 polysaccharides可被水解，然而因其親水性，無法防止傷口水分喪失，因此斥水性及不被降解的矽膠薄膜poly(dimethyl siloxane)就被採用來當成外層的保護膜。而膠原蛋白本身根據大小，有液狀、膠狀、粉狀，無法定型成支架，因而需使用第二種巨分子物質黏多醣（糖胺聚醣,glycosaminoglycan,GAG)，基於下面幾個理由，1. 雖然膠原蛋白可藉由控制交叉鏈接的濃度以不被降解，然而較濃的交叉鏈接會導致膠原蛋白非常硬，2. 醣胺聚醣（GAG）可分為硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸角質素、透明質酸、肝素及硫酸乙醯肝素等類別(including chondroitin 6-sulfate, chondroitin 4-sulfate, dermatan sulfate, heparin, and heparan sulfate)，只要在膠原蛋白中加入其中任一樣GAG，就可讓膠原蛋白延緩被吸收，並形成膜狀物，此類膠原蛋白-GAG膜狀物有更高的彈性，較不會斷裂。所以加入GAG不只是要讓膠原蛋白不容易被水解，還要讓其有適合的物理性質。3.在電子顯微鏡下觀察，有加入GAG的膠原蛋白比較容易形成有空洞的結構，4.最後，GAG沒有抗原性，會被分解成無毒的寡醣³。

    這膠原蛋白和GAG結合成的格子結構可以有效形成一種支架"scaffolding”，如一間間的小房間，以便讓間質細胞可以住進去，而這膠原蛋白的結構是可被分解吸收的，藉由增加交叉鏈接的濃度或增加GAG的濃度，或降低格狀結構的多孔性可以延緩膠原蛋白的被降解。但也不是說延長被降解的越長越好，根據研究，最好可以撐25-30天，至於孔洞大小，根據研究，平均50 um的大小孔洞最適合刺激細胞遷移進去及繁殖¹⁰。

    在這產品，GAG選擇使用的是chondroitin 6-sulfate，其理由只是當這研究剛開始時，chondroitin 6-sulfate是當時已商品化且最容易取得的材料。

    而膠原蛋白為何是選用牛的韌帶膠原蛋白呢？我想可能是遠在1951年Einbinder及Schubert早就發明一種萃取出牛的阿基里韌帶膠原蛋白的方法⁸，且已廣被商業化使用。也是當時最容易取得的材料。

    然後經過許多豬的動物實驗，他們找到一種膜狀物，可以長達25天保護傷口不受感染並防止水分喪失，並可延緩傷口收縮。他們當時稱這產品為人工皮膚artificial skin，而非現在常說的人工真皮。

    於1981年，他們公開發表使用在10個50％到90％TBSA燒傷患者的人體試驗⁹，並獲得成功。

   於1983年，他們通過第一個人工皮膚的專利申請¹⁰。(此專利目前已過期)

   這項來自於MIT的新科技，當時就被命名為「Integra」，而這人工皮膚就被稱呼為Integra artificial skin^11,12。並授權給一家來自於堪薩斯城，由Ewing Marion Kauffman於1950年創立的Marion Laboratories公司，那幾年，由於Kauffman先生的大力支持，Marion投資非常多在傷口敷料上面，在integra方面就花了3.5-5千萬美元，並且併購一家製作膠原蛋白的公司Colla-Tec, Inc.，以確保integra的原物料供應，並且從1986年開始進行臨床研究¹³。然而在1989年Merrell Dow Pharmaceuticals公司併購了Marion公司，並將其傷口敷料的業務剝離出來，Burke及Yannas的產品仍然需要進一步的臨床研究以便通過FDA的認證，但這產品竟然被新公司MMDI當成是傷口敷料，而非日後再生醫學史上第一個產品的integra，就被停止取得FDA認證的開發，並和Colla-Tec公司一起被待價而沽。MIT於是決定將授權取回。

圖1. Integra人工真皮的示意圖¹⁴

圖2. Integra人工真皮作用的原理¹⁴

1. Coinventor of artificial skin for burns patients https://www.bmj.com/content/343/bmj.d7968