供稿人：張晨蕊、王玲、李滌塵 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-05-08
核殼結(jié)構(gòu)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)及瘢痕產(chǎn)生的主要過(guò)程與機(jī)理如圖1所示，PVA殼內(nèi)包裹VP藥物，在激光照射下可促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，破壞細(xì)菌膜，隨著時(shí)間推移，PVA降解，釋放維替泊芬通過(guò)阻斷成纖維細(xì)胞中Engrailed-1（En1）的激活來(lái)抑制瘢痕的形成。
圖1 由核殼結(jié)構(gòu)組成的PF-MNs無(wú)瘢痕傷口愈合示意圖
研究了不同PVA和TSPBA比值的殼層中VP的釋放譜，并考慮到其適當(dāng)?shù)慕到鈺r(shí)間（24h），確定了2:1的比例。此外，PF-MNs中VP的釋放速率也可以通過(guò)過(guò)氧化氫的濃度來(lái)調(diào)節(jié)VP可以通過(guò)抑制相關(guān)蛋白（YAP）來(lái)阻斷En1的激活，通過(guò)較少的平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）產(chǎn)生皮膚再生，α-SMA是活化肌成纖維細(xì)胞的標(biāo)志，利于瘢痕形成。
體外抗菌性能：基于菌落計(jì)數(shù)評(píng)價(jià)了PF-MNs的抗菌性能，設(shè)置了有激光照射組（PF-MNs＋L）與無(wú)激光照射組（PF-MNs），證實(shí)了激光照射對(duì)材料抑菌的重要作用，抑菌率可達(dá)72.39%。
圖2 細(xì)菌分布情況
本文還研究了PF-MNs對(duì)糖尿病創(chuàng)面慢性炎癥的影響，將小鼠隨機(jī)分為6組：(1)對(duì)照組（PBS）、(2)抗組（氨芐西林）、(3) VP + L組（激光照射VP溶液）、(4) NMNs + L組(VP加載不可降解MNs激光照射）、(5) PF-MNs組（VP加載PF-MNs）、(6) PFMNs + L組（VP加載PF-MNs）。分別于第0、3、7、14天測(cè)量不同組的創(chuàng)面面積并拍照，結(jié)果如圖3所示。PF-MNs處理后的材料光照后對(duì)傷口愈合更友好，從定量的角度來(lái)看，PF-MN + L組在治療后第3天和第7天創(chuàng)面閉合率分別為36.58%和76.46%，顯著高于PBS處理的創(chuàng)面（分別為4.89%和56.95%）。第3天，通過(guò)收集創(chuàng)面周圍的皮膚組織并均質(zhì)化，評(píng)價(jià)其抗菌膜的性能（圖4d，e）。PF-MNs激光照射處理的創(chuàng)面菌落數(shù)最低，細(xì)菌存活率為18.60%，表明其對(duì)細(xì)菌生物膜有有效的抑制作用。綜上所述，研究結(jié)果證實(shí)了PF-MNs通過(guò)抑制促炎途徑和促進(jìn)皮膚重建途徑來(lái)加速慢性傷口愈合。
圖3 MRSA感染糖尿病小鼠體內(nèi)創(chuàng)面愈合效果
本文進(jìn)一步進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，以研究PF-MNs加速傷口愈合的潛在機(jī)制，結(jié)果顯示，各組間（PF-MN + L與NMN + L和對(duì)照）的基因表達(dá)存在顯著差異，PF-MN + L組中與表皮發(fā)育和皮膚發(fā)育相關(guān)的基因上調(diào)，而與炎癥通路相關(guān)的基因下調(diào)，如細(xì)胞運(yùn)動(dòng)信號(hào)、白細(xì)胞趨化、IL-6的產(chǎn)生和炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)，利用KEGG分析了潛在信號(hào)通路上的信號(hào)，TNF和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體信號(hào)通路表達(dá)下調(diào)，這被認(rèn)為是M1激活相關(guān)通路。綜上所述，研究結(jié)果證實(shí)了PF-MNs通過(guò)抑制促炎途徑和促進(jìn)皮膚重建途徑來(lái)加速慢性傷口愈合。
圖4 PF-MN 治療傷口愈合的機(jī)理分析
分別對(duì)PF-MNs對(duì)瘢痕抑制及瘢痕增生抑制進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)游離的VP組與PF-MNs組瘢痕變軟變薄，這說(shuō)明VP的存在可有效降低瘢痕的產(chǎn)生，利于傷口的恢復(fù)，另外，對(duì)恢復(fù)的樣本（35天后）進(jìn)行切片染色分析發(fā)現(xiàn)，PF-MNs組一直瘢痕增生效果最佳。
圖5 PF-MNs 抑制瘢痕及瘢痕增生
本文開發(fā)了一種核殼結(jié)構(gòu)的PF-MN貼片，以編程的方式推進(jìn)傷口愈合過(guò)程。在炎癥早期，PF-MNs在激光照射下產(chǎn)生ROS產(chǎn)生殺菌作用。隨后，VP@PVA殼在高度氧化的傷口環(huán)境下響應(yīng)性降解，釋放VP，促進(jìn)無(wú)疤痕皮膚再生。同時(shí)，暴露的核心通過(guò)中和過(guò)度的炎癥細(xì)胞因子和誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化來(lái)調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境。我們的研究結(jié)果表明，這種核殼結(jié)構(gòu)的貼片可以促進(jìn)MRSA感染的糖尿病小鼠的慢性傷口愈合，也可以減輕兔耳瘢痕模型中的HS。為了潛在的人類用途，PF-MNs可以很容易的適應(yīng)傷口的大小，并應(yīng)用于傷口區(qū)域。