更新时间：2020-08-14 21:43:17 浏览次数：：303
近日，武汉大学中南医院生物样本库于生物材料研究又一次取得最新进展，研究成果发表于Chemical Engineering Journal（IF＝10.652 ）。这是我院样本库今年发表的第三篇生物医学纳米材料学方面中科院一区高分文章。此前两篇分别发表于Advanced Healthcare Materials（IF＝7.367 ）和ACS Applied Materials & Interfaces（IF＝8.758 ）。三篇文章内容概要如下： Antibacterial and Angiogenic Wound Dressings for Chronic Persistent Skin Injury 用于慢性持续性皮肤损伤的抗菌和促血管生成伤口敷料 皮肤组织及其附属器是人体免受外部损害的重要屏障，当皮肤的完整性被破坏时，患者将面临包括疼痛，出血，炎症，延迟愈合和疤痕形成等各种问题。特别是在慢性持续性皮肤损伤情况下，如感染的伤口和糖尿病性溃疡，亟需可抗菌和促进血管生成的伤口敷料。伤口敷料是一种加速伤口愈合的常用临床干预措施，其有利于维持潮湿的微环境以促进细胞增殖，防止病原体感染并减少继发性损伤。然而，传统的伤口敷料存在一些不足，例如缺乏生物活性和生物降解性，潜在的免疫原性和变应原性，清洗不便以及更换时出现止血等，因此不能完全满足临床需求。 我院样本库所在团队成功使用逐层（LBL）自组装技术制备了一系列季铵化几丁质（QC）和成纤维细胞生长因子2-透明质酸（FGF2-HA）改性的聚乳酸-乙醇酸（PLGA）纳米纤维伤口敷料——PQHF-n（n = 0、2、6或10对应于QC层数）。 实验表明，新型伤口敷料PQHF-n对耐药菌（MRSA）、革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（大肠杆菌）表现出广谱抗菌活性。另外，PQHF-n对成纤维细胞和人血表现出良好的生物相容性和生物活性。PQHF-10可以通过激活细胞周期和上皮-间质转化（EMT）途径来促进L929细胞的增殖和迁移。MRSA感染的伤口模型表明，PQHF-10可在15天内促进伤口愈合，主要通过减少炎症，增强胶原蛋白沉积以及促进增殖和血管生成。由此可见新型伤口敷料PQHF-n可以作为治疗糖尿病、耐药菌感染和慢性持续性皮肤损伤患者的安全且可治愈的替代品。 图1.抗菌和血管生成伤口敷料的制备和应用示意图。（a）采用高压静电纺丝技术制备PLGA纳米纤维薄膜。（b）用季铵化几丁质（QC）和含透明质酸（FGF2-HA）的FGF2逐层涂覆PLGA纳米纤维膜。（c）获得的伤口敷料能够杀死细菌，释放FGF2并促进血管形成和胶原沉积。 Green Gas-Mediated Cross-Linking GeneratesBiomolecular Hydrogels with Enhanced Strength and Excellent Hemostasis forWound Healing 温室气体介导交联生成 用于伤口愈合的强机械性和优止血效果生物分子水凝胶 水凝胶作为传统伤口敷料，因具凉爽触感，保持环境湿润，促进氧气交换和吸收伤口渗出液等特点广泛应用于皮肤组织工程中。理想的水凝胶敷料应具有良好的机械适应性、生物相容性以及低致敏性、低成本和易于生产等特点。然而鲜有兼具上述特性的水凝胶敷料，且往往水凝胶的机械强度相对较低。 为了增强水凝胶敷料的机械强度和止血能力，我院样本库所在团队提出了一种温室气体（CO₂）介导的化学交联策略，在避免常规交联剂的毒性基础上，制备了一种机械强度显著提高且兼具止血性和生物相容性的双网状纤维素/丝素蛋白水凝胶（CSH）。 具体而言，首先将纤维素／丝素蛋白（SF）在NaOH/尿素溶液中进行共价交联，以形成主要网络。然后，将CO₂气体引入所得的CSH凝胶前驱体中形成碳酸盐，将水凝胶内环境的pH值从碱性降低至中性条件。pH降低导致纤维素链的有序聚集且链间存在氢键作用，从而明显改善水凝胶的机械强度。所得CSHs水凝胶表现出优异的生物相容性，不仅可以促进小鼠成纤维细胞系（L929）的黏附和增殖，而且被证明具有低溶血作用，可以触发抗血栓形成的外在和内在途径，可以加速血液凝固并减少失血。在体内动物实验表明，SF含量为1 wt％的CSH通过刺激快速的上皮细胞和血管再生，仅12天就治愈了伤口。 图1.高柔性水凝胶的制备和表征。（a）通过两步交联制备纤维素/SF水凝胶（CSH）。一次交联（i）是通过表氯醇（ECH）在纤维素和SF之间进行共价键连接，二次交联（ii）是通过CO₂孵育策略实现的纤维素链之间的氢键键合。在该策略中，形成初级交联时，水凝胶中同时存在NaOH和尿素（i）。然后，将水凝胶在CO₂中孵育，使CO₂与NaOH /脲反应形成碳酸盐（绿色化学反应），并伴随水凝胶内部pH值从碱性降至酸性。pH的降低使这些链之间的氢键促进了纤维素链的重新聚集（ii）。（b）不同样品的照片，显示了水凝胶在不同阶段的交联，前驱体溶液，一次交联和二次交联。（c）所有水凝胶的机械性能测试照片，表明经CO₂孵育的水凝胶具有更好的机械性能（紫色：初级交联纤维素水凝胶；黄色：双交联纤维素水凝胶；粉红色：双交联纤维素/SF水凝胶）。（d，e）力学性能测试结果表明，CSHs的机械性能达到了兆帕斯卡的水平，但随着SF含量的增加而下降，而无CO₂孵育的SHs则表现出明显低于CSHs的力学性能。 High Flexible and Broad Antibacterial NanodressingInduces Complete SkinRepair with Angiogenic and Follicle Regeneration 高韧性和广谱抗菌纳米织物诱导血管生成和毛囊再生实现皮肤全面修复 完全的皮肤再生涉及表皮、真皮、脉管系统、神经调控、毛囊和汗腺的分层生理组装。尽管已经开发了用于皮肤再生的各种伤口敷料，但是很少涉及完全的皮肤再生，特别是涉及到脉管系统和毛囊。 我院样本库所在团队基于电纺PCL/ SF纳米纤维薄膜，创建了一种新型的伤口敷料。该物质通过逐层静电自组装构造渐变层沉积，并重复进行多层沉积，将季铵化几丁质（QC）的抗菌性能与丝素蛋白（SF）的机械强度和生物学多功能相结合。所得的敷料为471.5±212.1至756.9±241.8 nm的纳米纤维结构，表现出合适的柔韧性和高达4.47±0.29 MPa的拉伸强度以及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的广谱抗菌活性。更有趣的是，当前的敷料系统在15天内显著加快了体内血管的重建，并且再生的毛囊数量达到了22±4mm-2，与正常组织（27±2mm-2）相仿。这些关键功能可能源自季铵化几丁质和丝素蛋白的结合以及电纺纳米纤维的分层结构。这项研究通过不同组分的结合和层状结构的构造，为设计新颖的多功能生物材料提供了重要的指导。 皮肤是人类利用复杂的生物学和生理功能的最大器官。由于急性外部创伤或慢性代谢疾病，皮肤伤口通常会通过直接暴露于周围环境而导致诸如水和电解质紊乱以及细菌感染等生理疾病的紧急问题。皮肤再生涉及一系列持续的生理活动，在长时间的皮肤修复过程中，伤口的愈合容易受到干扰和阻碍，可能会降低再生效果并干扰组织修复。特别对于糖尿病患者，某些限制细胞功能的趋化因子和生长因子会受到严重限制，从而导致病情恶化。因此，皮肤损伤仍然是不可忽视的主要医疗保健问题。 我院生物样本库三项最新的生物医用纳米材料研究成果为上皮细胞创面敷料提供了全新的思路，是纳米材料与医学研究的有机融合。今后我们亦将立足生物材料科学与工程发展方向和前沿，针对满足全民医疗保健的基本需求，坚持自主创新，不断研发具有产业化价值的专利技术，提升生物医用材料科学与技术的自主和集成创新能力，提升基于临床问题的转化研究能力。
