魯雄/謝超鳴/王軍AFM：仿貽貝絲素導電貼片用于改善糖尿病傷口微環境

近年來，基于金屬、炭基材料和導電聚合等導電材料的柔性可拉伸表皮生物電子受到了廣泛關注。盡管大部分材料都擁有優異的導電性，但是缺乏生物相容性和力學匹配性限制了其長期在臨床中的應用。而且，大部分表皮生物電子都僅限于監測身體的生理信號。而理想的表皮生物電子應該不僅具有長期監測人體信號的能力，而且還可以用于治療慢性疾病，如糖尿病足潰爛。糖尿病足潰爛是糖尿病引起的并發癥之一，嚴重影響糖尿病患者的身心健康和生活質量，并增加了患者截肢的風險。過量的炎癥因子和活性氧以及細胞功能的缺失是導致阻礙糖尿病傷口愈合的主要原因。絲素纖維由于其優異的生物相容性和纖維微結構被廣泛用于生物電子材料的制備。但是，由于絲素纖維不導電，大部分用于生物電子的絲素纖維都僅僅作為電路的封裝層。

圖1. 仿貽貝導電絲素纖維貼片制備過程示意圖。（a）PDA保護-剝離絲素纖維過程。（b）PDA保護的絲素纖維（PDA-mSF）。（c）PEDOT自組裝過程。（d）仿貽貝導電絲素纖維（PEDOT-PDA-mSF）。（e）PEDOT-PDA-mSF貼片。貼片可用于糖尿病病人（f）生理信號實時監測和（g）傷口修復。

針對這些問題，近日，西南交通大學魯雄教授、謝超鳴副教授和四川大學華西口腔醫院王軍教授利用仿貽貝策略制備了一種超長的導電絲素纖維。絲素纖維的長度往往決定了絲素基材料的性能，特別是作為導電通路。傳統的絲素纖維剝離方法容易導致絲素纖維的結構被破壞。因此，基于仿貽貝策略，利用聚多巴胺（PDA）快速聚合在絲素纖維的表面，避免了絲素纖維結構被氫氧根過渡的破壞，使絲素纖維保持了較長的纖維結構（長度達700 μm）。同時，由于絲素纖維表面的PDA，使得導電高分子PEDOT可以均勻組裝在纖維表面，得到仿貽貝導電絲素纖維（PEDOT-PDA-mSF）。利用絲素蛋白作為基質，以仿貽貝導電絲素纖維為填料，該團隊制備得到了仿貽貝導電絲素纖維貼片。該貼片可以用于表皮生物電子檢測人體生理信號。同時，也可以通過PDA的細胞/組織親和性和抗氧化性能，結合導電性，協同改善糖尿病傷口微環境，加速傷口再生。

圖文解讀：

圖2. PEDOT-PDA-mSF的表征。

（a-b）傳統堿剝離后的絲素微纖維；

（c-d）PDA保護-剝離后的絲素微纖維。粉紅色偽色：PDA；

（e-f）PEDOT自組裝在纖維表面。綠色偽色：PEDOT；

（g）PEDOT-PDA-mSF纖維的XPS譜圖；

（h）不同纖維表面的Zate電位；

（i）不同纖維的表面的接觸角。

圖3. PEDOT-PDA-mSF纖維貼片的機械性能和導電性。

（a）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片內部結構的SEM圖片；

（b）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片的柔韌性展示；

（c）不同PEDOT-PDA-mSF纖維的貼片的循環拉伸曲線；

（d）不同PEDOT-PDA-mSF纖維的貼片的拉伸強度；

（e）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片的導電性展示；

（f）不同PEDOT-PDA-mSF纖維的貼片的導電性；

（g）電刺激下，細胞在PEDOT-PDA-mSF纖維貼片上的熒光照片；

（h）電刺激下，細胞在PEDOT-PDA-mSF纖維貼片上的長徑比；

（i）電刺激下，細胞在PEDOT-PDA-mSF纖維貼片上的活性；

（j-k）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片作為植入電極；

（l-m）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片作為表皮電極。

圖4. PEDOT-PDA-mSF纖維貼片的抗氧化能力。

（a）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片的抗氧化機理；

（b）PDA-mSF纖維貼片的CV曲線；

（c）不同貼片與DPPH反應后的UV-vis曲線；

（d）不同貼片消除ROS的效率；

（e）不同貼片細胞內消除ROS的能力評價；

（f）不同貼片細胞內消除ROS的能力定量評價。

圖5. PEDOT-PDA-mSF纖維貼片加速糖尿病傷口愈合。

（a）不同貼片處理后傷口愈合照片；

（b）不同貼片處理后傷口愈合率；

（c）處理15天后，傷口部位切片H&E染色；

（d）處理15天后，不同組的傷口寬度對比；

（e）處理15天后，不同組的新生表皮組織厚度對比。

圖6. PEDOT-PDA-mSF纖維貼片減少糖尿病傷口炎癥因子表達和氧化應激。

（a）不同組的TNF-α表達；

（b）不同組的IL-6 表達；

（c）IL-6的免疫熒光染色；

（d）不同組的MDA等級；

（e）不同組的SOD活性；

（f）不同組的MMP-2和MMP-9表達。

圖7. PEDOT-PDA-mSF纖維貼片加速糖尿病傷口修復機理圖。

（1）PDA促進細胞和遷移；

（2）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片的導電性有助于生理電的傳導；

（3）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片減輕炎癥；

（4）PEDOT-PDA-mSF纖維貼片調控氧化應激。

該工作以Bioinspired Conductive Silk Microfiber Integrated Bioelectronic for Diagnosis and Wound Healing in Diabetes為題目發表于《Advanced Functional Materials》。論文共同第一作者為西南交通大學材料學院博士生賈占榮、碩士生曾炎和四川大學華西口腔醫學院碩士生鞏靖蕾。西南交通大學魯雄教授、謝超鳴副教授和四川大學華西口腔醫院王軍教授為共同通訊作者。四川大學華西醫院劉瑾副教授為論文的共同作者。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202010461

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