He QX抗菌科技圈
第一作者：Huiling Zhong, Jun Huang
通讯作者：吴军，杜健航
通讯单位：中山大学
研究速览：
近期，中山大学吴军教授、杜健航教授等人在Nano Research上共同发表了具有可控去铁胺(DFO)释放能力和网状表面的近场电纺PCL纤维/GelMA水凝胶复合敷料用于糖尿病伤口愈合的研究工作。糖尿病引起的创面溃疡是一种典型的慢性创面，由于长期积累自由基导致血管缺失，组织坏死，局部组织难以愈合。近场静电纺丝(NFES)是一种用于生产微纳米级可控测序纤维的创新技术。在该研究中，我们以NFES聚己内酯(PCL)纤维网络和改性明胶-甲基丙烯酸酐(GelMA)水凝胶为基础构建了一种新型的创面敷料，以促进糖尿病创面血管生成和再上皮化。血管生成抗氧化药物DFO被包裹在GelMA水凝胶中，以达到更适合于慢性伤口的缓释效果。细胞粘附实验表明，在表面有PCL纤维网络的敷料组中，网络的大孔径(~500 μm)允许细胞穿透孔隙进入水凝胶表面。此外，复合敷料对血管生成有显著影响。而且，抗氧化实验证实了负载DFO的水凝胶具有抗氧化活性。糖尿病动物模型实验表明，PCL-GelMA-DFO (PGD)水凝胶治疗大鼠具有更快的止血、结痂和伤口愈合能力。综上所述，PGD水凝胶能有效促进慢性创伤的修复。
PGD水凝胶的制备方法，以及该复合水凝胶对糖尿病慢性创面愈合的治疗机制和过程。
要点分析：
要点一：
DFO的抗氧化特性。含50 μg DFO的水凝胶具有良好的抗氧化能力，PGD对DPPH的清除率超过80%，而且也表现出较高的·OH自由基清除率。这些结果表明，DFO具有良好的抗氧化活性，有助于保护组织免受氧化损伤。
要点二：
PGD水凝胶的结构特性。通过NFES制备孔径较大的超细纤维，并与水凝胶结合制备出合适孔径和孔隙率的支架。作为细胞粘附的位点，细胞能够附着在纤维上，并沿纤维方向生长，从而从物理结构上有效地调控细胞行为。此外，网络的大孔径(~500 μm)允许细胞穿透孔隙进入水凝胶表面而不被堵塞。
图文导读
图1. (a) PGD截面SEM图像。(b) 十层NFES PCL纤维的SEM图像。(c) GD-50、GD-100、GD-200和GD-50在96小时内的释放行为。(d) GelMA和PG水凝胶的溶胀曲线。(e) GelMA和PG的透水性。(f) GelMA和PG的应力-应变曲线。
图2. (a) 3T3和HUVECs在有和没有PCL纤维的GelMA上的形态。(b) 12 h和(c) 24 h时，3T3细胞粘附和附着在PG纤维水凝胶上。
图3. (a) 不同DFO浓度的DPPH抑制率(b) 不同DFO含量的水凝胶提取物的DPPH抑制率。(c) 不同DFO含量的水凝胶对·OH自由基的清除率。(d) 对照组和PGD-50组SOD/MDA含量。(e) 空白组、对照组和PGD-50组的ROS荧光强度分布面积和(f) 荧光强度。(g) 对照组、空白组、PGD-50组的ROS荧光。
图4. (a) 不同处理的糖尿病大鼠伤口14天内的伤口变化。(b) 定量统计(a) 各组大鼠创面面积变化，得到创面愈合率。(c) 不同水凝胶组的溶血。阳性对照:蒸馏水;阴性对照:生理盐水。
结论
在该研究中，作者首次尝试将水凝胶GelMA与近场静电纺PCL纤维相结合，构建一种含有血管生成药物DFO的新型复合敷料。PCL与GelMA联合使用可载药、吸收渗出液、维持创面湿润环境、促进细胞粘附。DFO可上调HIF-1α的表达。而且DFO可触发细胞缺氧状态，减轻自由基引起的氧化损伤，促进血管化或血管生成。而明胶衍生的GelMA加工丰富的RGD多肽，具有多孔结构和较高的保水性。与对照组相比，PGD有效地促进了HUVECs的迁移和成管。DFO处理组ROS和SOD活性降低，MDA含量升高，表明DFO有助于组织抗氧化。NFES技术生产出的纤维为细胞提供有序的附着位点，促进细胞迁移，从而加速上皮再生。NFES是一种极具潜力的生物材料，可对细胞进行时间和空间引导，控制组织再生和成熟。但其在生物医学中的应用仍有待探索。
全文链接：https://doi.org/10.1007/s12274-022-4813-5.
参考文献：Zhong, H., Huang, J., Luo, M. et al. Near-field electrospun PCL fibers/GelMA hydrogel composite dressing with controlled deferoxamine-release ability and retiform surface for diabetic wound healing. Nano Res. (2022). DOI: 10.1007/s12274-022-4813-5
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