可促进伤口愈合的细胞渗透型水凝胶纤维支架综述.pptx

可促进伤口愈合的细胞渗透型水凝胶纤维支架 Cell infiltrative hydrogel fibrous scaffolds for accelerated wound healing 张德蒙 2017-02-21 1. Basic information 2. Introduction 3. Materials and methods 4. Results 5. Discussion and conlusions 哈佛医学院，哈佛大学，阿普杜拉国王大学，东北大学（美国） ，苏州大学，上海交通大学医学院 Acta Biomaterialia IF 6.008 Biomaterials IF 8.387 Nature materials IF 38.891 1. Basic information 合作单位 methacrylic anhydride 甲基丙烯酸酐（MA） 明胶 Gelatin 胶原蛋白 Collagen 期刊 核心材料 Water retention保水性 Stiffness硬度 Strength强度 Elasticity弹性 Degradation降解性能 软而弾的湿润环境 促进细胞黏附、增殖、迁移 加快损伤皮肤的重建 凝胶特性调节（光照时间） 促进愈合 Fig. 1. Schematics for the fabrication of GelMA nanofibrous mat and its subsequent application into a wound bed 2、Introduction 伤口是对人体皮肤的完整性和连续性的破坏。

泛指由机 械、电、热、化学等因素造成的或者是由医学或生理病态形 成的皮肤缺陷主要分为慢性伤口（褥疮、腿部溃疡）、创 伤（烧伤、刀割）和手术伤口（剖腹产、肛瘘术） 三大因素： 修复细胞 细胞因子 细胞外基质 人造支架最重要特性：生物相容性（水凝胶、海绵、静电纺丝垫等） 静电纺丝品：具有类似细胞外基质的纳米纤维结构，比表面积大，增强细 胞-材料相互作用、材料-信号转导效率，止血效率高结构多孔，利于养 分及代谢废物扩散，阻隔病原菌缺陷：阻碍细胞迁移 增大孔隙率：添加可溶性纤维、造孔剂 支架刚度与促进细胞黏附、增殖、渗透及分化的能力有重要相关性细胞 在软介质中迁移效率高于硬介质软介质中，基质分子移动性更强，更易 聚集在细胞周围，提高细胞表面配体接触密度，促进细胞黏附及迁移 合成高分子：缺少细胞识别信号，PLGA、PLA等 天然高分子：丰富的细胞-材料相互作用，蛋白（明胶）、 多糖（海藻酸盐）等 共价交联增强基质稳定性 戊二醛等交联剂引发毒性反应 天然生物材料（明胶） 光交联（甲基丙烯酸） 高水含量、软、弹、稳定 3. Materials and methods GelMA（Gelatin + Methacrylic Anhydride） 猪皮明胶，甲基丙烯酸酐，乙酰化反应 材料+HFIP（六氟异丙醇），静电挤出纺丝 PLGA，Gelatin，GelMA-2， GelMA-6，GelMA-10 Morphology表面形貌：Scanning Electron Microscope Water permeability透水性：Darcy’s Law（k = Qgh/Ftp） Water retention保水性：Weighing Method（SR=(Wt-Wd)/Wd100%） Water vapor permeability水蒸气透过性：water loss rate Tensile and cyclic testing拉伸及循环测试：Instron 5542 mechanical tester Degradation降解性：Weight loss under enzymolysis by collagenase 材料 纺丝 物理 特性 生物特性 Cell culture细胞培养：BJ-6S人皮肤成纤维细胞 Cell viability细胞活性：Live/Dead Viability Kit Cell adhesion细胞黏附：F-actin and cell nuclei staining Cell proliferation细胞增殖： PicoGreen DNA quantification assay 动物试验 动物模型： ICR mice 伤口愈合宏观评价：area reduce of wound 伤口形态学检测：伤口愈合（H&E）及胶原蛋白沉积（ Masson’s staining） qRT-PCR analysis：Collegen I、Collegen III 4. Results Fig. 2. Morphology and hydrophilicity characterization of electrospun PLGA, gelatin and GelMA scaffolds 纤维表面形貌及直径分布（A） 透水性（B）、保水性（C）、水蒸气透过率（D） 统计学分析结果（E） 纤维更直、更光滑、更均匀； 光交联时间 ：透水性 ， 保水性 ，水蒸气透过性 ； 光交联 Fig. 3. Mechanical characteristics of engineered PLGA, gelatin and GelMA fibers 应力-应变曲线（A）：PLGA弹性最好，光交联增大明胶纤维断裂伸长率（D） 杨氏模量（B）：弹性模量的一种，抵抗形变的能力，明胶低于PLGA 抗张强度（C）：断裂时单位截面积的最大应力 应力-应变循环曲线：光交联后支架材料可从形变中完全恢复 细胞死活染色结果（A） 细胞活性定量分析（B） 各组支架材料活细胞比例均可达80%上，增殖能力显著 细胞增殖（C）：GelMA-10组细胞增殖速率极显著高于PLGA组，显著高于Gelatin组 Fig. 4. In vitro studies on the engineered fibrous PLGA, gelatin and GelMA-10 scaffolds Fig. 5. Cell migration into the electrospun scaffolds 支架中的细胞迁移（A）及定量分析（B） 细胞在GelMA-10支架中具有最远的迁移距离，培养第7天充满整个支架 Fig. 6. In vivo wound healing using PLGA, gelatin and GelMA-10 scaffolds 伤口愈合情况（A）： GelMA-10组第14天就已表现出最佳的愈合效果 HE染色免疫组化（B）：GT肉芽组织，NT新生组织，RE新生上皮（愈合） Fig. 6. In vivo wound healing using PLGA, gelatin and GelMA-10 scaffolds 胶原蛋白分布（C）及表达量（D） I型：成人皮肤和骨组织组织 II型：软软骨组织组织 III型：婴婴幼儿皮肤或血管内膜，肠肠胃 IV型：基底膜，胎盘盘，晶状体 PLGA：表达少、无序、I型胶原比例低 GelMA：表达多、排列规则、I型胶原比例高 5. Discussion and conlusions ① 随交联时间延长，空间网络结构更致密，更多的水分子被阻滞在支架内部，因此透 水性及水蒸气透过性能降低，保水性增强，更易于维持创面湿润环境，促进愈合； ② GelMA支架可通过光聚合时间而实现物理特性的可控调节，其杨氏模量处于真实皮 肤杨氏模量范围内10 kPa - 50 MPa； ③ 软弹性（Soft elasticity ）是支架材料一项重要特性，可通过生物力学的信号转导， 影响细胞的行为， GelMA良好的软弹性及丰富的细胞锚定位点为细胞迁移提供便利 ，细胞形态更为伸展； ④ 胶原蛋白可促进细胞黏附、增殖及分化，加快伤口愈合， GelMA支架材料可促进胶 原蛋白沉积，且I型胶原蛋白比例高，利于伤口愈合。