西南交通大學魯雄教授Nanoscale：針對皮膚傷口微環境設計仿貽貝多功能復合冷凍凝膠用于全層皮膚缺損修復

【前言】

皮膚作為人體最大的器官，具有保護、感知以及代謝等功能，重度皮膚缺損嚴重威脅人們的健康和生命。對于全皮層缺損傷口，皮膚創傷修復是一個非常復雜的生理生化反應，涉及諸多的動態反應過程，包括細菌入侵導致的感染、炎癥反應、新組織形成和重塑等。因此，僅靠單一的材料已經無法滿足傷口的修復要求，針對傷口愈合各個階段的需求開發多功能皮膚損傷修復材料對加速傷口愈合具有重要的意義。

【成果簡介】

針對皮膚創傷微環境，西南交通大學魯雄教授課題組以具有近紅外光響應性的聚多巴胺納米顆粒(PDA-NPs)、生物相容性良好的殼聚糖(CS)和絲素蛋白(SF)為原料，通過冷凍凝膠技術制備了兼具近紅外光熱治療、調控炎癥反應、有效抑制細菌感染的仿貽貝多功能復合冷凍凝膠材料。該研究成果以題為“Mussel-inspired cryogels for promoting wound regeneration through photobiostimulation, modulating inflammatory response and suppressing bacterial invasion”發表在Nanoscale上（DOI: 10.1039/C9NR03095F）。該論文由韓璐博士和李鵬飛碩士共同完成。西南交通大學的魯雄教授為該論文的通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。

【圖文導讀】

圖1：針對皮膚傷口微環境的仿貽貝多功能PDA-NPs-CS/SF復合冷凍凝膠的設計思路

(a) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的制備。

(b) PDA-NPs-CS/SF凍膠凝膠作為皮膚傷口敷料示意圖。

(c) 在近紅外光照下，固載EGF的PDA-NPs-CS/SF凍膠凝膠通過光生物刺激、調節炎癥反應和抑制細菌入侵協同作用從而促進傷口愈合的示意圖。

圖2：冷凍凝膠的微觀形貌表征

(a) CS冷凍凝膠，(b) SF冷凍凝膠，(c) PDA-NPs ，(d) CS/SF 及(e) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的SEM形貌。

圖3：冷凍凝膠的力學性能表征

(a) 五瓣花形和(b)心形的PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的可回復性展示。

(c) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的壓縮-回復能力。

(d) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的循環壓縮性能。

(e) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的典型壓縮曲線。

(f) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的壓縮強度。

(g) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的典型拉伸曲線。

(h) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的最大拉伸強度。

(i) PDA-NPs-CS/SF 冷凍凝膠的拉伸比。

圖4：冷凍凝膠的光熱轉換性能和光熱抗菌性能

(a,b) PDA-NPs-CS/SF和CS/SF冷凍凝膠在近紅外光照射下的溫度變化圖像和曲線。

(c) PDA-NPs冷凍凝膠的光熱穩定性。

(d,e) PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠在有無近紅外光照射的抗菌性。

圖5：通過免疫熒光染色分析PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠的體外ROS清除能力

(a)?DPPH分別與?CS/SF冷凍凝膠，PDA-NPs，PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠后的UV-Vis光譜。

(b) 不同PDA-NPs含量的PDA-NPs-CS/SF冷凍凝膠清除DPPH的能力。

(c) CS/SF和PDA-NPS-CS/SF冷凍凝膠與H₂O₂刺激的巨噬細胞共培養后熒光圖像。

(d,e) 流式細胞儀檢測不同處理組中RAW264.7細胞內的ROS表達水平。

圖6：冷凍凝膠協同近紅外光促進傷口愈合

(a) 近紅外光輻射SD大鼠皮膚缺損部位的照片。

(b)?在紅外光輻射下，冷凍凝膠在植入傷口的熱成像照片。

(c) 無近紅外光照情況下，不同處理組的中SD大鼠皮膚愈合情況。

(d) 在近紅外光下，不同處理組的中SD大鼠皮膚愈合情況。

(e) 傷口愈合率。

(f) 植入21天后傷口組織的H&E染色。

【小結】

本研究制備了近紅外光熱響應性的PDA-NPs-CS/SF 冷凍凝膠，具有調控炎癥反應和抵制細菌入侵、促進組織再生的多重功能。該冷凍凝膠具有仿生細胞外基質微環境的多孔結構，PDA-NPs的引入促進了成纖維細胞在冷凍凝膠表面粘附和增殖，有利于組織長入。其次，PDA-NPs具有清除自由基的能力，使冷凍凝膠能有效消除傷口炎癥反應階段產生的活性氧，從而避免氧化應激導致傷的口長期不能愈合。再次，PDA-NPs具有良好的光熱轉換性能，賦予該冷凍凝膠在低功率近紅外光照射下即可迅速升溫的特性，從而表現出良好的近紅外光熱抗菌效果，抑制傷口愈合期間的細菌入侵導致的感染。最后，PDA-NPs高化學活性，能夠固載具有誘導皮膚組織再生功能的表皮生長因子，促進細胞活性和組織再生。總之，針對皮膚創傷微環境設計的仿貽貝多功能復合冷凍凝膠材料，與能夠實現生物化學光熱協同作用，加速皮膚全層創面愈合。

文獻鏈接：

Mussel-inspired cryogels for promoting wound regeneration through photobiostimulation, modulating inflammatory response and suppressing bacterial invasion?(Nanoscale, 2019)

本文由西南交通大學魯雄教授課題組供稿。

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