北科大温永强/杜宏武教授和北大人民医院张培训教授 AFM：多功能DNA水凝胶增强脂肪干细胞的干性激活免疫通路引导烧伤创面再生

2022-09-07 来源：高分子科技

根据世界卫生组织的不完全统计，全世界每年估计有18万人死于烧伤。3级烧伤是一种并非完全静态的伤害。由热损伤引起的蛋白质变性导致烧伤早期组织丢失，有毒炎症介质很快就会激活产生氧自由基，直接加重烧伤伤口坏死。坏死区域也会影响从正常组织到坏死组织的转化，导致更大的受损区域。此外，由于高代谢，烧伤患者的免疫力降低，感染风险增加，这导致烧伤伤口进一步感染和恶化。烧伤患者的主要临床特征是大量渗出物、促持续炎症、剧烈疼痛和瘙痒、自由基生成、溃疡、周围神经病变和体重减轻。临床上治疗烧伤的主要方式是植皮，但是不能全面解决烧伤症状。此外，由于临床敷料功能单一，不能满足当前多样化的伤口需求。因此，烧伤伤口的治疗仍然是再生医学所面临的难题。

北京科技大学温永强教授、杜宏武教授与北京大学人民医院张培训教授等人通过动态交联DNA单元、聚丙烯酰胺和L-抗坏血酸2-磷酸盐（L-A2P）形成致密氢键，可以方便地获得多功能DNA水凝胶体系，如图1所示。DNA水凝胶系统中掺杂了冰片，可缓解疼痛和瘙痒。获得的DNA水凝胶为干细胞的生长和发育提供了类似于细胞外基质结构，可以调节细胞增殖，维持细胞活力，并在合适的环境中实现完美释放。并且，药理学伤口敷料外壳具有优异的机械性能、组织粘附性和抗菌性能。除此之外，多功能DNA水凝胶集成系统可以促进巨噬细胞转化、血管生成和神经发生。该系统通过神经免疫相互作用调节病理性疼痛和瘙痒。此外，该系统激活PI3K-Akt信号通路，有助于增强和促进组织再生。因此，先进的DNA水凝胶集成系统开启了烧伤创面有效综合治疗的级联模式，有助于进一步推动临床转化机制的深入研究。该研究以题为“Multifunctional DNA Hydrogel Enhances Stemness of Adipose-Derived Stem Cells to Activate Immune Pathways for Guidance Burn Wound Regeneration”发表在《Advanced Functional Materials》上。

图1. 水凝胶的制备、药理外壳制备、促进烧伤伤口愈合机理示意图。

作者建立了3级烧伤伤口模型，观察烧伤膏、M-pH-_L-DNA gels/b、M-pH-_L-DNA gels-A/b的伤口愈合情况。在0到18天对小鼠的伤口进行摄影监测。烧伤膏组在前几天表现出愈合趋势，但是由于本身没有抗菌性导致再次染菌引发溃烂。治疗18天后，第4组伤口基本完全愈合，然而，其他组的伤口没有完全闭合。这是由于水凝胶敷料提供了吸收大量组织液性能、本身固有抗菌性和负载的干细胞，为伤口愈合提供了完美的环境。与其他组相比，第4组主要以迁移的方式愈合。

图2. 烧伤伤口愈合示意图。

皮肤主要包括表皮和真皮，表层包括角质形成细胞，其增殖始于基底层并可支持皮肤稳态。真皮主要由成纤维细胞组成。伤口愈合的速度与完整性和协调性密切相关。因此，引导伤口再生所需的多功能敷料应考虑这些成分的作用。为了进一步探索多功能敷料如何加速伤口愈合，作者将材料与不同细胞，例如角质形成细胞（JB6，来自mic表皮）、成纤维细胞（L929，来自正常皮下乳和脂肪组织）、人脐静脉内皮细胞（HUVEC）、RAW 264.7、和神经细胞（RSC），共培养后进行基因测序。如图3所示，材料能够激活激活PI3K-Akt信号通路，促进组织再生。

图3. 水凝胶敷料伤口愈合机理图。

总结：作者成功开发了一种多功能DNA水凝胶，以促进烧伤伤口愈合和再生。DNA水凝胶整合系统敷料为干细胞增殖、生长和分化提供了类似于体内细胞外基质的温床载体。细胞学、组织学和转录组学分析表明，DNA水凝胶整合系统具有促进伤口愈合、血管再生和神经再生的特征。另外，DNA水凝胶整合系统敷料可以激活PI3K-Akt信号通路，进一步增强组织再生。为再生医学深入研究提供了基础保障。
感谢国家自然基金委和北京科技大学基金支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202207466

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（责任编辑：xu）

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