原创Guo ZX 抗菌科技圈
第一作者：Erfan Rezvani Ghomi
通讯作者：Seeram Ramakrishna
通讯单位：新加坡国立大学
研究速览
近期，新加坡国立大学Seeram Ramakrishna团队在Advanced Fiber Materials上发表了有关基于静电纺丝的PCL/明胶支架模拟皮肤ECM的抗菌伤口敷料的研究工作。细菌感染和耐多药细菌是伤口护理的主要健康负担。生物相容性抗菌药物，如ε-聚赖氨酸（ε-PL），提供了广泛的抗菌特性，并支持真皮细胞的生长。在该论文中,ε-PL被纳入聚己内酯(PCL)/明胶静电纺丝支架中，并在不同转速下采集。然后，用盐酸多巴胺交联样品，以提供具有广泛抗菌活性的高增殖敷料。形态学研究表明，所有随机排列的纳米纤维的创面平整、连续、无珠，平均直径为267±7 ~ 331±8 nm。静电纺PCL/明胶支架的纤维排列提高了其抗拉强度和模量。此外，纳米纤维垫是高度亲水的，这是一个有效的伤口敷料至关重要。这些样品还显示出对常见伤口细菌菌株的高抗菌性能，包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、金黄色葡萄球菌(SA)、大肠埃希菌(EC)、鲍曼不动杆菌(AB)和铜绿假单胞菌(PA)。哺乳动物细胞增殖和形态学分析包括原代*皮人**肤成纤维细胞（hDFs）和永生化角质形成细胞（HaCaT），显示静电纺丝垫和显著排列的垫具有良好的生物相容性。此外，排列的垫比随机排列的垫显示出更多的细胞迁移，这有利于更有效的伤口愈合。
要点分析
要点一，巧妙地药物结合设计：在该文献中作者将ε-聚赖氨酸（ε-PL）纳入聚己内酯(PCL)/明胶静电纺丝支架中，并在不同转速下采集。然后，用盐酸多巴胺交联样品，以提供具有广泛抗菌活性的高增殖敷料。
要点二，纳米纤维垫的作用：通过形态学研究表明，在本文献中所有随机排列的纳米纤维的创面平整、连续、无珠，平均直径为267±7 ~ 331±8 nm。并且静电纺丝纤维的尺寸和设计模拟了皮肤的细胞外基质（ECM），这意味着它支持了伤口快速愈合。静电纺PCL/明胶支架的纤维排列提高了其抗拉强度和模量。此外，纳米纤维垫是高度亲水的，这是一个有效的伤口敷料至关重要。
要点三，杀菌药物的选择：该论文中使用的ε-聚赖氨酸（ε-PL）是一种阳离子生物杀菌剂，由于其非细胞毒性、革兰氏阴性菌对它的低先天抗性、对哺乳动物真皮成纤维细胞的生物相容性、生物降解性和低成本的，被认为是一种很有前途的杀菌剂。此外，ε-PL具有亲水性，能够快速释放药物，有助于抑制伤口床上的细菌生长，能够提供广泛的抗菌特性，并支持真皮细胞的生长。
图文导读
图 1. 纳米纤维垫子的制备。a静电纺丝过程的说明，多巴胺诱导紫外线交联的可能机制(1)交联前，(2)紫外交联后。
图 2. 纳米垫的形态和化学评价。aR、b A500、c A1000、d A1500、e A2000、f XL-R、g XL-A500、h XL-A1000、i XL-A1500、j XL-A2000的FE-SEM图像。比例尺为5个μm。k非交联样品的平均纳米纤维直径；不同旋转速度下样品的平均纳米直径为267±7~331±8nm。A2000和XL-A2000样品的l C 1s、m N 1s、n O 1s的XPS光谱。
图 3. 纳米纤维伤口敷料的理化性质。a样品的拉伸强度（n=5）。b样品的拉伸方向示意图。c120s以上样品的接触角结果。b样品的拉伸方向示意图。c120s以上样品的接触角结果。
图 4. 利用活性试验结果对木垫进行抗菌活性；将所有电纺丝垫切成1 cm，切成1 cm片，每个ATCC菌株1 mL，在10.5 CFU/mL，36±2°C，24孔板中孵育24 h。活力测定结果是通过减少形成的活数菌落。使用的缩写是：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、金黄色葡萄球菌（SA）、大肠杆菌（EC）、鲍曼不动杆菌（AB）和铜绿假单胞菌（PA）
图 5. 纳米纤维伤口敷料的生物相容性评价。共将1.5×10.4个细胞/孔接种于24孔板上。我们评估了一个成纤维细胞、b个角质形成细胞在三个不同的时间点、第1天、第4天和第7天的细胞增殖情况。每个电纺垫上两种细胞系的细胞总数表示为三个独立的三次重复实验的平均±SD（n=3；*p<0.05）。
图 6. 纤维母细胞的形态学评估。共将1.5×10.4个细胞/孔接种于24孔板上。a、b XL-R、c、d XL-A500、e、f XL-A1000、g、h XL-A1500、i、j XL-A2000，描述肌动蛋白染色上（红色）纤维细胞的形态，并显示核染色（蓝色）和亮纤维片融合通道下的纤维细胞。形态参数，包括k细胞面积和l双极性指数，计算并以柱状图表示。双极性指数被转换为细胞长度与细胞宽度的划分(比例尺=50µm。n=3；*p<0.05)（彩色荧光仪在线）。
图 7. 角质形成细胞的形态学评估。共将1.5×10.4个细胞/孔接种于24孔板上。在孵育4天后拍摄图像。a、b XL-R、c、d XL-A500、e、f XL-A1000、g、h XL-A1500、i、j XL-A2000的共聚焦图像，描述肌动蛋白染色（红色）HaCaT细胞的形态，并显示这些细胞在核染色（蓝色）和亮线（比例尺=50µm）的合并通道下的颜色在线)。
图 8. 纳米纤维伤口敷料的纳米纤维排列对真皮细胞迁移的影响。将成纤维细胞和角质形成细胞接种在不同的垫子上，其间隙接近500µm。a-e成纤维细胞和f-j角质形成细胞迁移试验。为了追踪细胞的迁移，细胞在24小时后进行fxed染色，并进行肌动蛋白（红色）和细胞核（蓝色）染色。白色虚线确定了0h时的初始伤口边缘。使用共聚焦图像计算每个区域迁移的k个纤维母细胞和l个角质形成细胞。比例尺等于200µm(比例尺=200µm。n=3；*p<0.05)（彩色荧光仪在线）
结论
该论文的研究表明，模拟皮肤ECM的纳米纤维加速了伤口愈合过程。
- 明胶，一种与皮肤相关应用的重要生物材料，与PCL混合，以提高纳米纤维垫的力学性能。纳米纤维的对齐和交联促进了纳米纤维垫的单轴力学性能和润湿性。
- PCL/明胶垫中ε-PL掺入表明对本研究中检测的所有常见伤口病原体都有明显的抑制区。纳米滤片与人类皮肤细胞表现出良好的生物相容性，特别是对齐样品（A1500和A2000），由于更好的细胞排序。
- 此外，fber排列支持细胞迁移，表明排列后的fber具有实现更快的伤口闭合的高潜力。
可以合理地预期，作者在未来的补充研究中，可以考虑伤口敷料与组织的粘附性、其在伤口环境中的降解率、其在伤口环境中的力学性能以及体内愈合过程的评价。进一步的研究可能包括释放动力学来验证ε-PL在样品之间的均匀分布和结果的重现性。
全文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-022-00216-w
参考文献： Erfan Rezvani Ghomi, Rajamani Lakshminarayanan, Vijila Chellappan, Navin Kumar Verma, Amutha Chinnappan, Rasoul Esmaeely Neisiany, Kottaiswamy Amuthavalli, Zhi Sheng Poh, Brandon Han Siang Wong, Nileshkumar Dubey, Roger Narayan, Seeram Ramakrishna, Electrospun Aligned PCL/Gelatin Scafolds Mimicking the Skin ECM for Efective Antimicrobial Wound Dressings. Advanced Fiber Materials. 2022, DOI: 10.1007/s42765-022-00216-w
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