福州大学石贤爱教授课题组 ACS AMI：仿生非对称复合敷料促烧伤创面愈合

2022-07-19 来源：高分子科技

受天然表皮和真皮结构的启发，1992年，J. Feijen等人首次报道了一种具有致密外层和多孔内层的不对称聚氨酯薄膜。该不对称薄膜能够防止细菌渗透、伤口脱水和渗出液积聚，同时还能促进细胞迁移和增殖，从而促进伤口愈合。自此，基于天然皮肤结构和特性制备的非对称敷料（Asymmetric Dressings）在伤口愈合研究中引起了较大关注。目前，非对称敷料通常制备一层致密的疏水外层来模拟表皮，以实现抗污性、抵抗细菌粘附、避免过度脱水、保持渗透并创造润湿环境；同时制备结构松散的亲水内层以模拟真皮，从而防止渗出物积聚、允许气体交换、并提供细胞生长空间以促进细胞增殖和迁移。如何制备具有更高疏水性外层和更好促愈合功能的亲水内层仍然是非对称敷料构建所面临的重要挑战。

生物材料的表面结构和形貌在指导细胞行为和命运方面起着至关重要的作用。同时，模拟天然皮肤结构的非对称敷料已被确定为促进伤口愈合的有效策略。近日，福州大学生物科学与工程学院石贤爱教授课题组，受皮肤结构和荷叶超疏水特性的启发，基于静电纺丝技术在海绵两侧构建了具有不对称结构和润湿性的复合敷料。其中，通过冷冻干燥制备胶原蛋白和季铵化壳聚糖海绵，然后在其上构建定向排列的聚（ε-己内酯）（PCL）/明胶纳米纤维亲水内层，和具有分层微-纳米结构的PCL/聚苯乙烯微球高疏水外层。所提出的非对称复合敷料将拓扑形态与材料特性相结合，可有效防止细菌定植和感染，并通过引导细胞行为促进伤口愈合。

图 1. 非对称复合敷料构建示意图。外层微-纳米层级结构结合PCL自身疏水特性模拟荷叶疏水表面；内层定向排列纳米纤维模拟真皮层中存在定向排列的胶原纳米纤维，从而调控细胞排列和特定表型（例如细胞极化）的表达。此外，内层含有明胶组分能够为细胞提供适宜微环境。

图 2. 非对称复合敷料SEM图。外层为包含PS微球的PCL纳米纤维膜；中间为胶原蛋白和季铵化壳聚糖海绵；内层为负载姜黄素的PCL/明胶定向纳米纤维膜。

体外研究证实，基于荷叶效应制备具有分级微-纳米结构的疏水外层，可防止细菌粘附和污染。定向排列的纳米纤维内层用于模拟真皮层中的纳米纤维结构，可发挥“接触引导（contact-guided）”效应，增强细胞粘附、定向生长、增殖、迁移和巨噬细胞极化。同时，内层负载的姜黄素具有抗菌和抗氧化活性，可与定向排列的形态结构协同作用，减少炎症反应，加速伤口愈合。渗液吸收能力高的海绵基质还可以防止渗液积聚和脱水，从而降低浸渍和感染的风险。总体而言，所制备的非对称复合敷料具有优异的力学和物理性能、较高的生物相容性以及良好的抑菌和抗菌粘附性能。

图3. 纳米纤维膜上的NIH/3T3和HUVEC细胞行为研究。(A)细胞形态；(B)细胞定向分布分析；(C)细胞SEM图像；(D)细胞增殖；(E)巨噬细胞相关因子表达水平；(F)细胞迁移变化。

此外，深二度大鼠烧伤模型证实，所构建的非对称敷料可通过调节CD68、MCP-1、IL-10和TNF-α的表达，有效促进伤口上皮再生和胶原沉积，调节血管生成和改善炎症。本研究结果表明，所提出的非对称复合敷料在严重烧伤创面修复方面具有应用潜力。此外，提出的将静电纺丝和仿生结构相结合的策略可能会为多功能敷料研发开辟新的视野。

图4. SD大鼠深二度烧伤伤口愈合的体内评价。(A)伤口热图像；(B)正常皮肤和烧伤伤口的H&E染色图像；(C)不同敷料治疗伤口效果图；(D)伤口闭合率；(E)伤口渗出物照片。

该项成果以“Biomimetic Asymmetric Composite Dressing by Electrospinning with Aligned Nanofibrous and Micropatterned Structures for Severe Burn Wound Healing”为题发表在ACS Appl. Mater. Interfaces期刊上。课题组硕士生贺晨卉和于邦瑞为本论文共同第一作者，通讯作者为杨建民副教授和郭绍彬副研究员，并感谢环境与安全工程学院刘明华教授提供的设备支持与技术指导。该研究工作得到了国家自然科学基金（31800796）和福建省自然科学基金（2019J01238）的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c04323

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（责任编辑：xu）

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