團(tuán)隊(duì)最新研究進(jìn)展：負(fù)載紅花多糖微球的抗菌、ROS清除自愈合水凝膠促進(jìn)壓瘡愈合
專欄：學(xué)術(shù)前沿
發(fā)布日期：2024-03-16
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壓瘡 (PU) 是一個重大的全球健康問題，每年影響約300萬人。它們是由于皮膚和皮下組織長時(shí)間受到壓力或摩擦，導(dǎo)致局部缺血、缺氧和營養(yǎng)供應(yīng)不足，最終導(dǎo)致組織損傷和壞死。PU最常見于脂肪組織保護(hù)減弱的區(qū)域，例如老年人、營養(yǎng)不良、癱瘓或臥床不起的個體。除了引起不適和疼痛之外，壓瘡還會增加感染、并發(fā)癥和潛在危及生命的風(fēng)險(xiǎn)。因此，壓瘡的治療至關(guān)重要。壓瘡部位持續(xù)性感染會導(dǎo)致抗炎因子過度分泌以清除感染病原體。抗炎因子的累積引起局部炎癥微環(huán)境失調(diào)，巨噬細(xì)胞向M1型極化，產(chǎn)生大量基質(zhì)金屬蛋白酶，降解已經(jīng)產(chǎn)生的細(xì)胞外基質(zhì)，并且破壞血管再生，從而導(dǎo)致壓瘡遷延不愈。
針對上述問題，我們團(tuán)隊(duì)聯(lián)合廣東省中醫(yī)院鄧麗麗、劉旭生團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型水凝膠敷料。該水凝膠敷料以明膠和聚賴氨酸為基材，分別接枝苯硼酸（Gel-PBA）和鄰苯二酚（ε-pL-Cat）進(jìn)行化學(xué)改性，通過硼酸酯鍵的交聯(lián)，形成自愈合動態(tài)水凝膠。此外，該水凝膠還具備抗菌、抗氧化等多種特性。團(tuán)隊(duì)針對專利產(chǎn)品：川紅通絡(luò)貼，挖掘其中的功效組分——紅花多糖，將紅花多糖制備成水凝膠微球（CTLP-MPs），負(fù)載在上述自愈合水凝膠中，通過響應(yīng)感染創(chuàng)面低pH值釋放紅花多糖，促進(jìn)血管化，協(xié)同水凝膠實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抗菌和免疫調(diào)節(jié)作用。該工作以“Antibacterial, ROS scavenging and angiogenesis promoting epsilon-Polylysine/gelatin based hydrogel containing CTLP to regulate macrophages for pressure ulcer healing”為題發(fā)表在生物制造領(lǐng)域權(quán)威期刊《Biofabrication》（DOI：10.1088/1758-5090/ad2d2e）上。鄧麗麗主任、劉旭生主任和郭瑞研究員為該文的通訊作者。
圖1 研究示意圖
1）GPL水凝膠具有自愈合性和粘性
Gel-PBA和ε-pL-Cat制備的GPL水凝膠具有良好的自愈合性，切斷的水凝膠接觸后可立即恢復(fù)成整體。GPL水凝膠性質(zhì)柔軟，對塑料和組織器官（心、肝、脾、肺、腎）具有良好的粘性。通過微流控法制備的紅花多糖微球尺寸均勻，帶有紅花的淡黃色。
圖2 水凝膠的理化性質(zhì)評價(jià)
2）GPL水凝膠有顯著抗菌作用，并且紅花多糖會協(xié)同加強(qiáng)抗菌效果
水凝膠對大腸桿菌（E. coli）和金黃色葡萄球菌（S. aureus）均表現(xiàn)出良好的抗菌性，與多西環(huán)素的抗菌效率相當(dāng)，還能抑制生物膜形成（圖3A-E）。聚賴氨酸表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗菌性，并且紅花多糖也具備一定的抗菌作用，加入紅花多糖微球后，在瓊脂平板上幾乎觀察不到菌落生長。經(jīng)過水凝膠處理后，觀察到大量紅色熒光標(biāo)記的死細(xì)菌，展現(xiàn)了GPL和GPL/CTLP-MPs水凝膠強(qiáng)大的抗菌作用（圖3C）。
圖3 水凝膠的體外抗菌作用評價(jià)
3）GPL水凝膠生物相容性良好，紅花多糖能夠提高VEGF的表達(dá)以增強(qiáng)血管形成
聚賴氨酸除了具備廣譜抗菌性，還具有促進(jìn)細(xì)胞粘附的作用，常用作細(xì)胞爬片或孔板的包被材料。GPL和GPL/CTLP-MPs水凝膠與細(xì)胞培養(yǎng)的活死熒光染色和細(xì)胞骨架染色結(jié)果顯示，水凝膠無細(xì)胞毒性，細(xì)胞生長狀態(tài)良好（圖4A-C）。并且有魚聚賴氨酸的加入，具備一定的促進(jìn)細(xì)胞遷移的作用（圖4D-E）。為了評估紅花多糖的血管化作用，研究人員通過體外成管實(shí)驗(yàn)評估了水凝膠對HUVEC細(xì)胞的作用。紅花多糖的加入能夠促進(jìn)血管網(wǎng)絡(luò)形成，并且增加了血管化相關(guān)蛋白VEGF的表達(dá)（圖4F-G）。
圖4 水凝膠的體外相容性、劃痕實(shí)驗(yàn)和血管化評價(jià)
4）GPL水凝膠具有優(yōu)異的ROS清除和巨噬細(xì)胞調(diào)控作用
鄰苯二酚具有優(yōu)異的ROS清除作用，DCFH-DA探針觀察到GPL和GPL/CTLP-MPs水凝膠處理后的細(xì)胞，幾乎觀察不到ROS熒光，表現(xiàn)出明顯的ROS清除作用（圖5A-B）。同時(shí)對LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞具有顯著的極化調(diào)節(jié)作用，明顯促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞群增加（圖5C-E）。
圖5 水凝膠清除細(xì)胞ROS、促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2表型極化
5）紅花多糖能夠促進(jìn)壓瘡血管化作用，提高愈合質(zhì)量
C57BL/6小鼠通過強(qiáng)力銣磁鐵的壓力，進(jìn)行4個缺血再灌注循環(huán)后形成壓瘡。經(jīng)過水凝膠治療后，創(chuàng)面愈合質(zhì)量得到了良好的提升。使用GPL/CTLP-MPs水凝膠治療的組在治療10天后幾乎完全愈合，而其他三組仍然有結(jié)痂。治療14天后，所有組均實(shí)現(xiàn)傷口完全愈合（圖6A）。對壓瘡組織進(jìn)行VEGF免疫組織化學(xué)染色，治療3天后，GPL/CTLP-MPs水凝膠組的VEGF表達(dá)較對照組升高，7天后仍維持較高水平，14天后表現(xiàn)出顯著增加，表明紅花多糖具有促進(jìn)血管生成的能力（圖6C）。
圖6 對壓瘡小鼠的治療效果評價(jià)
本研究證明了基于明膠和聚賴氨酸改性的GPL水凝膠在抗菌和免疫調(diào)節(jié)中的有效性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)紅花多糖具有協(xié)同抗菌和增強(qiáng)血管化的作用，極大地提高了壓瘡愈合的質(zhì)量，為紅花用于壓瘡修復(fù)提供了工作基礎(chǔ)。
原文鏈接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ad2d2e/meta
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