您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測網(wǎng) 2022-08-19 23:36
眾所周知，慢性傷口的愈合，與創(chuàng)傷表面的微生物復合群落有關。由于微生物在傷口表面形成的生物膜的抗菌素耐藥性，使得選擇合適的抗菌性傷口敷料來促進傷口愈合這件事變得十分復雜。
來自華中科技大學華中科技大學生命科學與技術學院生物醫(yī)學工程系的B. M. Bakadia教授的團隊開發(fā)了一種新型的復合材料。這種材料是由細菌纖維素/聚乙烯醇構(gòu)成的復合材料，經(jīng)過京尼平交聯(lián)絲膠（SS）和阿奇霉素（AZM）進行異位改性得到的。經(jīng)過實驗測試，該材料具有良好的抑制微生物生物膜發(fā)展的性狀。
丨研究背景
在臨床上，慢性傷口，諸如褥瘡、糖尿病潰瘍、靜脈性腿部潰瘍等，都給患者帶來了極大的痛苦，以及增大了醫(yī)生臨床治療的困難。全球每年用于慢性傷口治療的費用約為28.1億到96.8億美元，其中還包括了傷口感染的治療費用。而隨著糖尿病等慢性疾病的患病率逐年上升，慢性傷口的患者數(shù)量也在逐年上漲。而且與慢性傷口相伴隨的，往往還有嚴重的感染癥狀。
據(jù)統(tǒng)計，80%的慢性傷口與生物膜相關。在傷口中，生物膜會導致持續(xù)的炎癥反應，不利于傷口的愈合，也不利于抗菌藥物清除消滅傷口處的微生物。因此，研究團隊認為含有抗生物膜劑的敷料可能會降低與慢性傷口相關的發(fā)病率和死亡率。
丨材料介紹
1. 細菌纖維素（BC）
細菌纖維素（BC）是一種由醋酸菌和非細胞體系產(chǎn)生的生物聚合物，具有無毒，良好的延展性，液體氣體滲透性，高保水能力，緩慢的水釋放曲線和良好的機械性能，也不會引起過敏和刺激皮膚。通過與其他材料進行復合，可以增大材料本身的孔徑，使細胞可以滲透到支架中以形成組織樣結(jié)構(gòu)。
2. 聚（乙烯醇）（PVA）
聚（乙烯醇）（PVA）是一種合成聚合物，已被用作生物醫(yī)學復合材料開發(fā)中的增強材料。它具有良好的機械性能和高生物相容性。將改性的PVA添加到培養(yǎng)基中，浸漬在在培養(yǎng)基中生長的細菌纖維素中，來形成BC-PVA復合材料。
3. 絲膠蛋白（SS）
絲膠蛋白具有高生物相容性，吸濕性，抗凝性，抗皺性和保濕性。此外它還具有抗氧化活性，對抗自由基的過度表達并具有減少炎癥的能力。這些都有助于加速傷口愈合。絲膠蛋白還能夠誘導成纖維細胞和角質(zhì)細胞的增殖和黏附，促進膠原的合成和上皮化。但由于其無定形的結(jié)構(gòu)，因此將絲膠蛋白加入BC-PVA復合材料中，是當今再生醫(yī)學中廣泛使用的方法。
4. 阿奇霉素（AZM）
阿奇霉素目前用于治療浮游生物和生物膜真菌感染，呼吸道、胃腸道和泌尿生殖道細菌感染。此外，它可能會阻礙細菌蛋白質(zhì)的產(chǎn)生和群體感應，并最大限度地減少生物膜的發(fā)展。在他們的研究中，由于 BC-PVA@SS 復合材料缺乏抗菌、抗真菌和抗生物膜活性，因此將其與 AZM 進一步結(jié)合。將 AZM 摻入 BC-PVA@SS 支架可以使 AZM 持續(xù)釋放，從而產(chǎn)生更高的局部治療劑量。
丨實驗內(nèi)容
1. 支架形態(tài)比較
本實驗分別觀測了BC，BC-PVA3%，BC-PVA6%，BC-PVA@SS（添加SS），BC-PVA6%@SSg（將SS通過京尼平交聯(lián)），BC-PVA6%@SSga(將SS通過京尼平交聯(lián),并加入阿奇霉素)六種結(jié)構(gòu)（圖1從上到下）的孔隙率，孔徑大小和纖維粗細（圖1從左到右）。
圖1：六種結(jié)構(gòu)的1000x，5000x，15000x放大
整理數(shù)據(jù)后得到了下圖的表格。
圖2：六種結(jié)構(gòu)的孔隙率，孔徑大小和纖維粗細統(tǒng)計圖
據(jù)此，可以得出結(jié)論，天然BC材料的孔隙率低，孔徑小，纖維纖細。加入PVA材料可顯著提高三項指標。而加入SS，京尼平和阿奇霉素并不會顯著改變原材料的孔徑和孔隙，但是提高了原材料的纖維粗細。最終的BC-PVA@SSga支架的孔徑（15-20 µm）和孔隙率（84%）可以滿足傷口敷料生物材料的標準。
2. 支架的熱學、機械性能、吸水性能
對支架進行熱重分析，結(jié)果如圖。
圖3：三種結(jié)構(gòu)的熱重分析圖
可知BC材料在250℃至400℃之間會發(fā)生熱降解，而加入了PVA則提高了支架的熱穩(wěn)定性。SS與AZM也對BC-PVA復合材料的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生了積極影響。
圖4：三種結(jié)構(gòu)的拉伸強度比較
根據(jù)上圖顯示，可知BC材料具有很好的拉伸強度，因此它的延展性就相對較差，這都是由于BC纖維之間的氫鍵，提高了材料本身的剛性。在加入了PVA后，材料的拉伸強度有所降低，表現(xiàn)出較好的柔韌性。這也有利于其作為傷口敷料的主要材料。
圖5：六種結(jié)構(gòu)的溶脹比
研究團隊將六類支架放入到蒸餾水中，來研究它們的溶脹比。如上圖所示，在加入了PVA材料后，支架的吸水性大大提高。加入交聯(lián)劑和絲膠蛋白后，吸水性沒有下降反而上升了，這是由于SS的親水性和京尼平能提高溶脹比。最后加入的阿奇霉素也只是輕微降低了支架的吸水性能而已。這一性質(zhì)能夠幫助促進SS與AZM進行釋放和細胞生物活性。
3. 絲膠蛋白、阿奇霉素的體外釋放曲線
圖6：SS與AZM的體外釋放曲線
通過BCA蛋白測定法在PBS（pH7.4，37℃）中測量SS從BC-PVA@SSga支架中的釋放，結(jié)果如圖E所示。SS在30分鐘時突然釋放，到96小時，釋放的SS表現(xiàn)出可控的性能。因此，研究團隊認為，SS在生理環(huán)境中以受調(diào)節(jié)的方式釋放并擴散到附近的細胞環(huán)境中，可以刺激細胞的生長和運動來促進慢性傷口的愈合。
將支架置于甲醇介質(zhì)中，利用AZM和喹吖啶的反應來分析藥物釋放，如圖F所示。AZM的釋放曲線分為兩個階段：線性階段和平臺階段。AZM的線性釋放持續(xù)超過35小時，表明它是一種持續(xù)的藥物釋放。而理想的傷口敷料必須是具有持續(xù)的抗菌能力，以避免頻繁地更換敷料而導致的感染。
4. 生物相容性
圖7：不同的材料結(jié)構(gòu)對角質(zhì)形成細胞和成纖維細胞的影響
將BC和基于BC的復合材料浸入生長培養(yǎng)基中，在不同的時間間隔（1、2、4天）來獲取樣本提取物，然后用于細胞培養(yǎng)。細胞培養(yǎng)所選擇的細胞是角質(zhì)形成細胞和成纖維細胞，因為這兩種細胞在傷口的愈合過程中起著重要的作用，可以通過合成ECM來調(diào)節(jié)傷口的上皮化。在細胞培養(yǎng)過程中，實驗組中的細胞毒性與對照組之間并沒有明顯差異。另外可以發(fā)現(xiàn)，含有SS的培養(yǎng)基中，細胞活性明顯提升（圖A-B）。
通過Alamar Blue法來分析培養(yǎng)在支架上的細胞粘附和增殖（圖C-D）。結(jié)果表明，與原始BC相比，BC-PVA@SSga 中的細胞粘附和增殖增加，尤其是在第五天。而導致粘附性和增殖性能增強的原因，很可能就是由于SS材料。
5. 材料對傷口外觀和閉合的影響
圖8：傷口敷料對傷口的感染的治療效果和愈合效果
使用金黃色葡萄球菌感染小鼠的傷口，分別評估BC-PVA@SSga、BC-PVA@SSg 和 NaCl 0.9% 的治療效果（圖A）。在第 0、2、5、7 和 14 天（圖B-C）對不同敷料的傷口治療效果和再上皮化的能力進行了宏觀評估。分析的形態(tài)學方面是膿液的存在與否、邊界和一致性。然后以不同的時間間隔計算所有治療組和對照組的 WHR。
分析結(jié)果可知，傷口在第2天都發(fā)生了感染，而BC-PVA@SSga組在第5天時，傷口的膿液已經(jīng)完全消失，如同對照組一樣。而BC-PVA@SSg 和 NaCl 0.9%組仍存在感染現(xiàn)象。這表明AZM可以有效治療傷口感染。而且BC-PVA@SSga組的14天傷口愈合率也明顯高于另外兩組和對照組。證明BC-PVA@SSga組具有良好的促進組織愈合的功效。
為了評估炎癥階段，研究團隊還進行了MPO分析（圖D），可知，在第7天，BC-PVA@SSg 和 NaCl 0.9%組的炎癥標志物比BC-PVA@SSga組更為豐富。第14天，對照組和NaCl 0.9%組仍有炎癥表達，說明炎癥期延長了創(chuàng)面愈合期。
丨總結(jié)
BC-PVA@SSga 支架表現(xiàn)出吸水率增加、纖維直徑增大、孔隙率提高和孔徑增大，這對于幫助細胞遷移到支架以及跨膜的營養(yǎng)物質(zhì)擴散對于傷口敷料應用很重要。此外，BC-PVA@SSga 支架表現(xiàn)出持續(xù)的 SS 釋放能力，可以促進慢性傷口愈合。而添加 AZM 賦予支架抗傷口感染病原體的抗菌活性。對細胞毒性的評估揭示了它們對 HaCaT 和 NIH-3T3 細胞系的無毒性質(zhì)，并且 BC-PVA@SSga 增強了細胞活力。
體外和體內(nèi)研究結(jié)果表明，結(jié)合到多孔 BC-PVA 基質(zhì)中的 AZM 和 SS 的釋放加速了受感染的小鼠傷口愈合。這種新型 BC-PVA@SSga 支架作為傷口敷料和藥物載體具有很大的前景，可預防或消除慢性傷口生物膜并促進慢性傷口愈合。
來源：和義廣業(yè)創(chuàng)新平臺
關于我們 聯(lián)系我們 營業(yè)執(zhí)照 全國服務電話：400-818-0021 嘉峪檢測版權所有 備案號：京ICP備14047019號-2 
京公網(wǎng)安備11010802046783號
