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嘉峪檢測網(wǎng) 2022-08-17 21:34
近期，四川大學華西口腔醫(yī)學院滿毅教授團隊（論文共同第一作者為王陳兵博士、朱宸佑博士、趙夕文）在科愛出版創(chuàng)辦的期刊Bioactive Materials上發(fā)表研究文章：生物材料的地形特征，如形狀和直徑，在傷口愈合過程中對影響細胞活動和操縱相關(guān)免疫反應起著重要作用。我們制備了不同纖維直徑的取向電紡膜，發(fā)現(xiàn)A300組取向膜材料在軟組織缺損修復模型中表現(xiàn)出更顯著地加速傷口愈合優(yōu)勢，并通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)初步揭示了纖維直徑介導軟組織缺損修復的潛在機制。
01研究內(nèi)容簡介
皮膚是一種與周圍環(huán)境接觸的淺表器官，是抵御外部危害的第一道重要屏障。無法使受傷皮膚重新上皮化可能導致脫水、炎癥，甚至死亡。因此，迅速閉合傷口以恢復皮膚屏障是非常重要的，這對機體的生存至關(guān)重要。遺憾的是，目前管理傷口的策略并不令人滿意，因為它們依賴于緩慢和被動的愈合過程。因此，需要探索更有潛力的移植物，以實現(xiàn)理想的上皮化再生。
相比其他移植材料，靜電紡絲能很好地模擬細胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）的形態(tài)和功能、方便氣體交換、阻擋細菌滲透和調(diào)控宿主免疫反應，是軟組織傷口移植物的理想選擇之一。其中，取向電紡膜在軟組織工程領(lǐng)域有著良好的應用前景。本課題組前期的研究也發(fā)現(xiàn)，魚膠原（Fish collagen，F(xiàn)C）/聚乳酸羥基乙酸（Polylactic acid glycolic acid，PLGA）取向電紡膜在軟組織缺損修復方面具有積極調(diào)節(jié)免疫反應、加速傷口愈合等優(yōu)勢。
因為地形結(jié)構(gòu)會先于可溶性因子對細胞命運產(chǎn)生影響，所以許多研究試圖通過調(diào)整膜材料的微觀結(jié)構(gòu)來改善取向膜的機械性能和生物學性能。已有很多研究做出了嘗試，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)膜材料纖維直徑：可以改善膜的機械性能；促進成纖維細胞增殖，高表達膠原蛋白；可以誘導和增強干細胞分化；還會影響巨噬細胞的免疫反應。
雖然這些研究證實了膜材料的纖維直徑對細胞行為的積極影響，但是究竟膜材料的哪個直徑區(qū)間最適合軟組織再生，還有待進一步研究。關(guān)于不同纖維直徑調(diào)控軟組織修復的報道比較少見。膜材料的纖維直徑介導軟組織缺損修復的潛在機制也尚未探索清楚。在取向電紡膜良好的軟組織應用基礎(chǔ)上，本研究繼續(xù)探討了不同纖維直徑（包括319±100 nm/A300、588±132 nm/A600和1048±130 nm/A1000）的FC/PLGA取向電紡膜對軟組織缺損的反應。另外，為了探索清楚纖維直徑介導軟組織缺損修復的潛在機制，本研究還評估了植入不同纖維直徑取向電紡膜的大鼠皮膚傷口的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，期望可以找到在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的細胞和因子。
一、A300提高了取向膜的機械穩(wěn)定性、親水性和降解性
通過調(diào)控電紡儀器操作參數(shù)，制備不同纖維直徑的FC/PLGA取向電紡膜，并表征其性能。結(jié)果成功制備出了約300-1500 nm區(qū)間的的取向電紡膜。基于文獻進展以及本研究的實驗目的，篩選出了319±100 nm（A300）、588±132 nm（A600）和1048±130 nm（A1000）三組FC/PLGA取向電紡膜作為后續(xù)實驗的研究對象。取向電紡膜組分接近，尺寸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并具有較好的抗張強度和降解速率。A300組的親水性與A600組相接近，但是明顯強于A1000組。另外，A300組的力學性能和降解性均優(yōu)于后兩組；提示A300組可能會在后續(xù)的軟組織缺損修復中有更出色的表現(xiàn)（圖1 ）。
圖1 總結(jié)了不同纖維直徑取向電紡膜的部分性能
二、A300加速成纖維細胞增殖，促進表皮角質(zhì)形成細胞伸展
通過成纖維細胞（L929）和口腔表皮角質(zhì)形成細胞（HOK）接種在膜材料上，評價不同纖維直徑FC/PLGA取向電紡膜的生物安全性及其對細胞形態(tài)的影響。結(jié)果表明：成纖維細胞和表皮角質(zhì)形成細胞在不同纖維直徑取向電紡膜上均具有良好的增殖活性，且成纖維細胞在A300組上的細胞活性更佳。A300組取向膜還可以促進表皮角質(zhì)形成細胞的形態(tài)伸展（圖2 ）。
圖2 總結(jié)了不同纖維直徑取向電紡膜的細胞活性
三、A300能顯著促進皮膚傷口愈合
通過制備6 mm直徑的大鼠背部皮膚缺損模型并檢測愈合相關(guān)指標，評價不同纖維直徑FC/PLGA取向電紡膜的軟組織缺損修復能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)A300組取向膜的血管化能力、上皮化能力和膠原堆積能力均強于其它組。另外，A300組能與宿主免疫防御系統(tǒng)更兼容；A300組產(chǎn)生更多的功能附件-毛囊（HF）。簡言之，A300組更能促進軟組織愈合，其設計理念為軟組織移植物的構(gòu)建提供了新方向（圖3 ）。
圖3 總結(jié)了不同纖維直徑取向電紡膜的皮膚缺損修復效果
四、A300通過調(diào)控巨噬細胞活動，高表達MMP12，促進皮膚傷口愈合
通過7天大鼠樣本的轉(zhuǎn)錄組（Bulk-RNA sequencing）數(shù)據(jù)，進行不同纖維直徑取向電紡膜的軟組織缺損修復機制的探索。初步推測A300組更容易調(diào)控免疫過程向著促進修復的方向進展。免疫過程中起著重要作用的是修復型巨噬細胞，并可以分泌促進表皮細胞遷移的因子-MMP12。進一步通過一系列體內(nèi)外實驗，證實了這個推測（圖4 ）。
圖4 總結(jié)了膜材料纖維直徑介導皮膚傷口愈合的機制探索
最后作者指出傷口愈合需要免疫過程的積極參與，A300膜材料是一種更優(yōu)化的設計，其設計理念為軟組織移植物的構(gòu)建提供了新方向。A300取向膜是引導皮膚再生應用的潛在候選之一，尤其適用于上皮化過程。然而，更多的纖維直徑組別和再生免疫過程有待進一步研究。
02論文第一/通訊作者簡介
第一作者：王陳兵
四川大學華西口腔醫(yī)學院國家重點實驗室、四川大學華西口腔醫(yī)學院2019級博士研究生。從事軟組織修復材料與研發(fā)工作。
通訊作者：滿毅
教授，四川大學華西口腔醫(yī)院種植科主任，種植教研室主任，博士研究生導師。中華口腔醫(yī)學會種植專委會副主任委員、國際骨再生基金Osteology Foundation中國區(qū)執(zhí)行委員會（NOG China）會長，國際種植學會（International Team for Implantology）中國分會候任主席，口腔數(shù)字化產(chǎn)業(yè)分會副會長，四川省口腔種植專委會主任委員， 2020年第四屆人民日報“國之名醫(yī)-青年新銳”，2007年四川大學華西口腔醫(yī)學院獲博士學位，導師宮蘋教授。2010-2012在美國Tufts大學牙學院被聘為臨床講師，2011-2012美國哈佛大學訪問學者。改良多種種植外科和修復技術(shù)已發(fā)表在國際種植學、外科學和修復學雜志，多次受邀在國際會議上發(fā)表演講，發(fā)表臨床論文和科研論文50余篇，主持多項國際、國家、省部級課題。
03資助信息
該研究得到了四川省科技計劃重點研發(fā)項目（2021YFS030）、四川大學華西口腔醫(yī)院跨學科創(chuàng)新項目（RD-03-202006）和四川大學華西口腔醫(yī)院研發(fā)項目（編號LCYJ2019-19）的支持。感謝Novogene公司的Bulk RNA測序工作。
04原文信息
Chenbing Wang; Chenyu Chu; Xiwen Zhao; Yang Yang; Chen Hu; Li Liu, Jidong Li, Yili Qu, Yi Man*.
The diameter factor of aligned membranes facilitates wound healing by promoting epithelialization in an immune way.
Bioactive Materials, 11 (2022) 206-217.
來源：BioactMater生物活性材料
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