在口腔修復(fù)領(lǐng)域,調(diào)節(jié)拔牙后微環(huán)境以促進(jìn)牙槽骨再生是關(guān)鍵難題。牙周病、外傷、頜面腫瘤等常致牙齒缺失,引發(fā)牙槽骨吸收,影響口腔功能及種植治療效果。傳統(tǒng)再生技術(shù)依賴骨移植材料,但自體骨移植有額外創(chuàng)傷,同種異體骨和異種骨移植易引發(fā)免疫反應(yīng)。細(xì)胞組織工程療法雖為新興策略,但口腔頜面部復(fù)雜微環(huán)境和高炎癥發(fā)生率使移植細(xì)胞存活困難,單細(xì)胞懸液移植技術(shù)細(xì)胞存活率低,限制修復(fù)效果。拔牙創(chuàng)傷會(huì)引發(fā)炎癥,口腔病原體侵入牙支持組織,觸發(fā)以活性氧(ROS)過(guò)度產(chǎn)生為特征的免疫反應(yīng),過(guò)量ROS會(huì)加劇炎癥、減緩骨缺損愈合。
針對(duì)上述問(wèn)題,華中科技大學(xué)張志平教授等人合成了用于止血和傷口愈合且具有抗菌、抗氧化和強(qiáng)大濕粘附特性的原位超快自膠凝包衣粉末。這種粉末通過(guò)血液觸發(fā)的原位自凝膠化實(shí)現(xiàn)止血,迅速形成強(qiáng)粘附性水凝膠,密封傷口界面。這種機(jī)制在頸動(dòng)脈出血、肝出血和脾損傷的豬模型中顯示出強(qiáng)大的止血功效。此外,這種多功能凝膠還可用作局部藥物緩釋系統(tǒng)。將富含血小板的血漿(PRP,富含多種生長(zhǎng)因子)和凝膠粉末同時(shí)涂抹在傷口部位,凝膠粉末就能在原位轉(zhuǎn)化為富含多種生長(zhǎng)因子的生物活性凝膠(P@TCP-凝膠),從而實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)因子的持續(xù)釋放,并防止其被傷口中的酶迅速降解。同時(shí),通過(guò)進(jìn)一步負(fù)載促進(jìn)血管生成的小分子藥物去鐵胺(DFO,DP@TCP-gel),其促進(jìn)傷口愈合的能力得到進(jìn)一步增強(qiáng),在正常傷口、糖尿病慢性傷口和感染性傷口等各種傷口模型中都表現(xiàn)出卓越的促進(jìn)愈合能力。相關(guān)成果以In Situ Ultrafast Self-gelling Coacervate Powder with Antibacterial, Antioxidant, and Robust Wet Adhesion Properties for Hemostasis and Wound Healing為題于2025年4 月 7 日發(fā)表在 Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.202502577)。
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研究示意圖
如圖 1B 所示,TA 對(duì)液 - 液分相過(guò)程至關(guān)重要,含 TA 的體系均觀察到沉淀,而 TA 和 CS 二元體系形成的凝聚層不均勻,TA 和 PEG 二元體系及 TCP 三元體系可形成均勻凝聚層,命名為 TP 和 TCP。如圖 1C、D 所示,TCP 的剪切模量和粘度明顯高于 TP,CS 的存在增強(qiáng)了凝聚層水凝膠內(nèi)部的內(nèi)聚力,降低了凝聚層的流動(dòng)性,提高了水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度和粘附性。如圖 1E、F、G、H 所示,TCP 凝膠在宏觀粘附和拉伸實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出比 TP 更優(yōu)異的粘附性和拉伸性,能提起 500g 不銹鋼砝碼并密封塑料瓶出水口,其在豬皮上的粘附強(qiáng)度明顯高于 TP,平均爆破壓力也高于 TP 凝膠及正常血壓,這證實(shí)加入 CS 增強(qiáng)了凝膠的內(nèi)聚力和機(jī)械強(qiáng)度,從而提高了其粘附性。如圖 1I、J、K 所示,TCP 凝聚層水凝膠的形成過(guò)程為隨著時(shí)間推移形成越來(lái)越多不同大小的凝聚層液滴,逐漸相互靠近形成致密的液滴交聯(lián)結(jié)構(gòu),CLSM 圖像和 SEM 圖像均顯示水凝膠內(nèi)存在圓形凝聚層液滴結(jié)構(gòu)。如圖 1L、M、N 所示,F(xiàn)TIR 光譜顯示 TCP 中沒有新峰出現(xiàn),其模量受頻率影響,表明 TCP 主要是通過(guò)氫鍵和疏水相互作用等物理相互作用形成;凝聚層在 DMSO 中迅速被破壞,在 Tween 20 中逐漸被破壞,而在 NaCl 溶液和去離子水中長(zhǎng)時(shí)間保持完整,說(shuō)明氫鍵相互作用在 TCP 形成中起主導(dǎo)作用,其次是疏水相互作用,TA 中豐富的酚羥基作為主要的氫鍵供體,與 PEG 中的氧原子和 CS 中的氨基形成分子間氫鍵主導(dǎo)凝聚層形成,TA 苯環(huán)之間的疏水相互作用也促進(jìn)了凝聚過(guò)程。
圖1. TCP 共凝膠衍生凝膠的制備及形成機(jī)理。(A)制備過(guò)程及特性;(B)不同成分混合形成的共凝膠外觀;(C)共凝膠的 G′和 G″;(D)凝聚態(tài)粘度;(E)粘附力與拉伸性能照片;(F)舉起 500 克重物;(G)TP 和 TCP 在豬皮上的平均粘附強(qiáng)度(n=5);(H)爆破壓力(n=3);(I)形成過(guò)程的光學(xué)顯微鏡及照片圖像,箭頭指示沉淀的凝聚凝膠;(J)光學(xué)顯微鏡照片;(K)SEM 圖像;(L)FTIR 光譜;(M)TCP 在不同溶劑中的降解情況;(N)分子相互作用示意圖
(2)TCP 具有強(qiáng)大的粘附力和卓越的體內(nèi)止血能力
隨著剪切速率或溫度的增加,TCP 水凝膠的粘度逐漸降低,這是由于在剪切力或加熱作用下物理相互作用被破壞(圖 2A、B)。振蕩剪切測(cè)試證實(shí)了 TCP 的自愈合能力,在大氣和水下環(huán)境中,兩個(gè)單獨(dú)的水凝膠片段融合成一個(gè)完整的單元,進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)。這種自愈合能力主要?dú)w因于水凝膠表面基團(tuán)之間形成的氫鍵(圖 2C-E)。此外,TCP 水凝膠在空氣中和水下均表現(xiàn)出優(yōu)異的粘附性,能緊密粘附在玻璃、金屬、塑料、橡膠和豬皮等各種材料表面(圖 2F)。這種強(qiáng)大的粘附力主要?dú)w因于水凝膠與各種底物之間形成的共價(jià)或非共價(jià)鍵相互作用。具體而言,TCP 水凝膠表面保留的鄰苯二酚基團(tuán)通過(guò)氫鍵、陽(yáng)離子 -π 相互作用、配位鍵、金屬螯合和 π-π 相互作用,有助于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的粘附(圖 2G)。即使在流水沖洗 60 秒或在 PBS 溶液中浸泡 21 天后,TCP 水凝膠仍繼續(xù)與豬皮保持緊密粘附(圖 2I、J)。此外,TCP 能在包括大鼠心臟、腎臟、肝臟和脾臟在內(nèi)的各種離體組織上實(shí)現(xiàn)緊密粘附和牢固的切口閉合(圖 2K)。
失血過(guò)多是手術(shù)或創(chuàng)傷后導(dǎo)致死亡的主要原因,因此快速有效的止血策略至關(guān)重要。使用 18G 針頭在小鼠肝臟誘導(dǎo)出血,然后立即應(yīng)用 TCP 水凝膠。圖 2L-N 中的結(jié)果顯示,TCP 治療組在約 13 秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)止血,明顯短于未治療的對(duì)照組(約 120 秒)。此外,TCP 治療組的失血量約為 16.6mg,遠(yuǎn)低于對(duì)照組的約 50.2mg。同樣,TCP 水凝膠在小鼠斷尾模型中也表現(xiàn)出優(yōu)異的止血能力,應(yīng)用于出血部位后幾乎立即止血(圖 2O-Q)。
圖2.TCP 的粘合特性及體內(nèi)止血能力。(A)粘度曲線(剪切速率掃描);(B)不同溫度下的粘度;(C)1%-500%剪切應(yīng)變循環(huán)下的 G′和 G″;(D)自愈能力示意圖;(E)自愈行為圖像(空氣/水下);(F)TCP 水凝膠與多種基底的粘附性照片;(G)與不同基底的粘附機(jī)理;(H)與濕豬皮組織的緊密粘附;(I)持續(xù)水流下與豬皮膚的粘附;(J)長(zhǎng)期濕粘附特性;(K)體外組織粘附及切口閉合性能;(L-N)對(duì)小鼠肝臟出血模型的止血效果(n=3);(O-Q)對(duì)小鼠斷尾模型的止血效果(n=3)
(3)TCP 凝聚層粉末可快速原位自凝膠化,具有強(qiáng)大的粘附力和長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性
TCP 粉末遇水可迅速重構(gòu)為 TCP-gel,這一過(guò)程在光學(xué)顯微鏡下也得到了直觀展示(圖 3A)。TCP 粉末遇水能迅速膨脹并相互連接形成塊狀水凝膠(圖 3B)。重新水化形成的 TCP 凝膠內(nèi)部保留了球形凝聚層結(jié)構(gòu)(圖 3C)。TCP 粉末和 CS 粉末因含大量親水基團(tuán),在界面處表現(xiàn)出優(yōu)異親水性,能迅速吸收液體,且吸液能力顯著優(yōu)于 YNBY 粉末(圖 3D)。在吸血方面,TCP 粉末甚至超過(guò)了 CS 粉末,這可能與 TA 的存在使其能捕獲更多紅細(xì)胞有關(guān)(圖 3E)。TCP 粉末倒入 PBS 溶液或血液中時(shí),會(huì)迅速吸收部分液體并自凝膠化,緊緊粘附在試管壁上形成屏障阻止液體流動(dòng),而 YNBY 粉末和 CS 粉末缺乏此自凝膠化能力(圖 3F)。TCP 粉末易于粘附在濕組織上(圖 3G)。TCP 粉末涂抹在豬皮潮濕表面后迅速吸收界面水并在 30 秒內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z(圖 3H)。TCP 粉末吸收 FITC-BSA 溶液后原位轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色熒光水凝膠,與豬皮組織緊密粘附無(wú)間隙(圖 3I)。原位形成的 TCP 凝膠具有動(dòng)態(tài)粘附能力,能抵抗拉伸等外力(圖 3J)。TCP 粉末應(yīng)用于受損豬肚時(shí)可原位形成凝膠有效密封出水孔(圖 3K)。搭接剪切測(cè)試表明 TCP 凝膠在豬皮上的平均粘附強(qiáng)度顯著超過(guò)纖維蛋白密封劑(圖 3L)。
圖3. TCP 共凝膠衍生粉末的制備及快速膠凝化過(guò)程。(A)制備及快速凝膠化示意圖;(B)從粉末到塊狀水凝膠的轉(zhuǎn)變過(guò)程光學(xué)顯微鏡圖像;(C)TCP 凝膠的 SEM 圖像;(D)TCP 粉末與商用粉末的液體吸收照片;(E)液體吸收能力對(duì)比;(F)TCP 粉末在 PBS 和血液中的自膠凝效果(倒管法);(G)吸收界面水并自膠化的示意圖;(H)TCP 粉末在濕豬皮表面的自膠化;(I)原位形成水凝膠并緊貼豬皮的顯微圖像;(J)形成的凝膠與豬皮緊密結(jié)合;(K)密封豬胃損傷的照片;(L)TCP 凝膠與纖維蛋白膠在豬皮膚上的粘附強(qiáng)度(n=5);(M)TCP 凝膠的 G′、G″和粘度
(4)TCP 粉末相較于商業(yè)止血材料展現(xiàn)出更優(yōu)異的止血效果
TCP 粉末出色的吸液能力、自凝膠化特性以及強(qiáng)大的濕組織粘附性,表明其有望成為一種杰出的止血材料。如圖 4A - C 所示,TCP 粉末能在約 20 秒內(nèi)誘導(dǎo)重新激活的抗凝全血中形成穩(wěn)定的血栓,這明顯快于對(duì)照組(約 7.7 分鐘)、云南白藥組(約 3.7 分鐘)和殼聚糖組(約 3.3 分鐘 )。此外,當(dāng)該材料與重新激活的抗凝全血共同孵育 1 分鐘時(shí),TCP 粉末的凝血指數(shù)(BCI)約為 14.1%,遠(yuǎn)低于云南白藥組(約 28.2%)、殼聚糖組(約 29.0%)和對(duì)照組(約 86.9%)(圖 4D)。隨后,利用大鼠肝出血和股動(dòng)脈出血模型評(píng)估 TCP 粉末的體內(nèi)止血效果。除云南白藥和殼聚糖粉末外,臨床上常用的明膠海綿也被用作對(duì)照。如圖 4E - H 所示,在由手術(shù)刀造成的大鼠肝出血模型中,由于出血迅速且量大,云南白藥粉末和殼聚糖粉末因缺乏自凝膠化能力和有限的吸血能力,幾乎沒有止血效果。相比之下,TCP 粉末具有出色的吸血和自凝膠化特性,它迅速吸收血液并原位轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)粘附性的 TCP 凝膠,有效封閉出血部位,展現(xiàn)出最佳的止血性能。臨床上常用的明膠海綿在該模型中也顯示出一定的止血效果。如圖 4I - L 所示,在大鼠股動(dòng)脈出血模型中,TCP 粉末仍然表現(xiàn)出最佳的止血效果,在約 10 秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)止血,失血量?jī)H約 16 mg,明顯少于對(duì)照組約 649 mg 的失血量。上述結(jié)果充分證明,自凝膠化的 TCP 粉末是一種極具前景的止血材料。
圖4. TCP 粉末的體內(nèi)外止血能力。(A)體外凝血時(shí)間示意圖;(B)TCP 粉末處理大鼠全血的凝血照片;(C)TCP 粉末處理的凝血時(shí)間(n=3),商用粉末(YNBY 粉和 CS 粉)作為對(duì)照;(D)TCP 粉末組和對(duì)照組的 BCI(n=3);(E)大鼠肝臟出血及 TCP 粉末止血示意圖;(F)TCP 粉末止血的大鼠肝臟照片;(G, H)肝臟出血模型的止血時(shí)間和失血量分析(n=3);(I)大鼠股動(dòng)脈出血及 TCP 粉末止血示意圖;(J)TCP 粉末止血的股動(dòng)脈模型照片;(K, L)股動(dòng)脈出血模型的止血時(shí)間和失血量分析(n=3)
(5)TCP 粉末在豬模型中的止血驗(yàn)證
為了進(jìn)一步評(píng)估 TCP 粉末的體內(nèi)止血效果,并驗(yàn)證其臨床應(yīng)用潛力,在豬嚴(yán)重出血模型中進(jìn)行了臨床前功能評(píng)估。如圖 5A 所示,用 2mm 的針頭在豬頸動(dòng)脈上制造出血傷口,然后立即應(yīng)用 1g TCP 粉末或商業(yè)殼聚糖粉末。圖 5B 中的結(jié)果表明,殼聚糖粉末未能實(shí)現(xiàn)有效止血,在水沖洗后迅速崩解。相比之下,TCP 粉末吸收血液并粘附在傷口部位,實(shí)現(xiàn)了快速止血。用水沖洗后,可以觀察到 TCP 粉末完全轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)大濕粘附性的凝膠,保持緊密的界面結(jié)合,沒有二次出血(支持信息視頻 S15)。在豬內(nèi)臟器官出血模型中進(jìn)行了進(jìn)一步的臨床前評(píng)估。在豬肝和脾臟上通過(guò)手術(shù)制造線性缺損(長(zhǎng) 15mm× 深 10mm)(圖 5C)。觀察到傷口處有活動(dòng)性出血后,立即應(yīng)用 3g TCP 粉末或商業(yè)殼聚糖粉末。TCP 粉末在應(yīng)用后 2 分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)了出血控制。用水沖洗后,TCP 粉末形成的凝膠緊密粘附在肝臟或脾臟組織上,有效封閉了出血部位(圖 5D、E)。相比之下,雖然殼聚糖粉末在肝臟模型中顯示出暫時(shí)的止血效果,但沖洗會(huì)破壞其血凝塊,導(dǎo)致再次出血(圖 5D)。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了 TCP 粉末卓越的粘附性能和止血效果,突出了其在處理動(dòng)脈出血和不可壓縮的內(nèi)臟器官損傷方面的臨床應(yīng)用潛力。
圖5. TCP 粉末在豬模型中的止血驗(yàn)證。(A)豬頸動(dòng)脈出血模型示意圖;(B)TCP 粉末和 CS 粉末在豬頸動(dòng)脈出血模型中的止血過(guò)程;(C)豬肝和脾出血模型示意圖;(D)TCP 粉末和 CS 粉末在豬肝臟出血模型中的止血過(guò)程;(E)TCP 粉末在豬脾臟出血模型中的止血過(guò)程
(6)與富血小板血漿(PRP)和去鐵胺(DFO)協(xié)同作用,DP@TCP 凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的生物活性
TCP 粉末的自凝膠化特性使其具有作為傷口敷料材料的潛力,但單獨(dú)的 TCP 粉末生物活性不顯著,可能會(huì)限制其促進(jìn)傷口愈合的能力。PRP 因富含多種生長(zhǎng)因子在傷口愈合領(lǐng)域受到重視,將 TCP 粉末與含有 DFO 的 PRP 溶液混合制備 DP@TCP 凝膠(圖 6A)。研究確定了有效負(fù)載 50μL PRP 所需的 TCP 量,且對(duì) DFO 的封裝效率可達(dá)約 80%。DP@TCP 凝膠在 72 小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 DFO 和 PRP 中總蛋白質(zhì)的持續(xù)釋放(圖 6B),這主要?dú)w因于 TA 的羥基與 DFO 中的酰胺鍵以及蛋白質(zhì)中的肽鍵形成氫鍵的能力,這種局部持續(xù)遞送特性有利于確保 PRP 的療效,并避免因 DFO 局部濃度過(guò)高而產(chǎn)生的副作用。檢測(cè)結(jié)果表明,TCP 凝膠與人類臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)和小鼠成纖維細(xì)胞(L929)均具有良好的細(xì)胞相容性,并且 TCP 凝膠的溶血特性幾乎可以忽略不計(jì)(圖 6C - F),在溶血實(shí)驗(yàn)中,TCP 凝膠處理組上清液在 570nm 處的吸光度計(jì)算得出的溶血率顯著低于 PBS 組,這可能是由于 TA 和 CS 對(duì)紅細(xì)胞的吸附作用。在研究不同載藥水凝膠促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和血管生成能力的實(shí)驗(yàn)中,由于 PRP 中富含生長(zhǎng)因子,負(fù)載 PRP 的 TCP 凝膠組(P@TCP 凝膠)、同時(shí)負(fù)載 DFO 和 PRP 的 TCP 凝膠組(DP@TCP 凝膠)以及 DFO 和 PRP 混合溶液組(DP)在促進(jìn) L929 細(xì)胞增殖方面表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)哪芰Γ▓D 6G)。在劃痕實(shí)驗(yàn)和管形成實(shí)驗(yàn)中,DP@TCP 凝膠在所有凝膠組中表現(xiàn)出最佳的促遷移和促管形成能力,與 DP 組相當(dāng)(圖 6H - M),這表明 DFO 和 PRP 的組合賦予了凝膠敷料最佳的生物活性,且 TCP 凝膠載體對(duì) DFO 和 PRP 的生物活性沒有顯著影響。
圖6. DP@TCP 凝膠的制備及生物活性研究。(A)TCP 粉末衍生生物活性水凝膠的制備示意圖;(B)DFO 和 PRP 的釋放曲線(n=3);(C)不同濃度 TCP 凝膠提取物處理 HUVEC 的細(xì)胞活力(n=6);(D)處理 L929 的細(xì)胞活力(n=6);(E)L929 細(xì)胞的活/死染色;(F)TCP-gel 的溶血率及 RBC 上清液成像(n=3);(G)L929 細(xì)胞增殖率(n=6);(H)不同凝膠處理的 L929 細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)圖像;(I)劃痕實(shí)驗(yàn)中傷口閉合率分析(n=3);(J)不同凝膠處理的 HUVEC 細(xì)胞管形成圖像;(K-M)管形成試驗(yàn)中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)和相對(duì)管長(zhǎng)度分析(n=3)
(7)利用 TCP 固有的抗菌和抗氧化特性,DP@TCP 凝膠展現(xiàn)出出色的抗菌和抗氧化功能
實(shí)驗(yàn)研究了 TCP 凝膠的抗菌效果,結(jié)果表明 0.5mg/mL 的 TCP 凝膠提取物展現(xiàn)出良好的抗菌性能,而當(dāng)濃度提升至 1mg/mL 時(shí),對(duì)兩種細(xì)菌的抑制率接近 100%(圖 7A-D)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了 1mg/mL 的各種載藥凝膠提取物的抗菌效果,結(jié)果顯示所有 TCP 凝膠組對(duì)細(xì)菌的抑制率均接近 100%。DP 組也顯示出一定的抗菌效果,這主要?dú)w因于 PRP 中存在的抗菌物質(zhì),如血小板活化因子(PAF)、血小板因子 4(PF4)、人 β - 防御素 - 3(HBD - 3)和巨噬細(xì)胞炎性蛋白(MIP - 1α)等(圖 7E-G)。實(shí)驗(yàn)評(píng)估了 TCP 凝膠的抗氧化能力,在 ABTS + 自由基清除實(shí)驗(yàn)中,10μg/mL 的 TCP 凝膠提取物對(duì) ABTS + 自由基的清除率達(dá)到 100%,藥物的負(fù)載并未顯著影響 TCP 凝膠的抗氧化能力(圖 7H-K)。DPPH?自由基清除實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也呈現(xiàn)出類似的趨勢(shì),充分證明了 TCP 凝膠出色的抗氧化能力(圖 7L-O)。此外,細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)研究了 TCP 凝膠對(duì)經(jīng) H?O?處理的 HUVEC 或 L929 細(xì)胞的保護(hù)作用。結(jié)果顯示,經(jīng) H?O?處理后細(xì)胞活力顯著下降,但在同時(shí)用 H?O?和 TCP 凝膠提取物處理的組中,細(xì)胞活力明顯高于僅用 H?O?處理的細(xì)胞。當(dāng)凝膠提取物的濃度達(dá)到 20μg/mL 時(shí),L929 細(xì)胞的活力與未處理的正常細(xì)胞相當(dāng),表明 TCP 凝膠可以有效保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷(圖 7P、R)。
圖7. 多功能 TCP 凝膠的抗菌和抗氧化特性。(A)抗菌效果示意圖;(B)TCP 凝膠提取物處理后的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌菌落照片;(C, D)相應(yīng)細(xì)菌的相對(duì)存活率(n=3);(E)不同水凝膠處理后的菌落照片;(F, G)相應(yīng)細(xì)菌的相對(duì)存活率(n=3);(H, I)基于 ABTS 法的 TCP 凝膠提取物抗氧化活性(n=3);(J, K)基于 ABTS 法的不同凝膠提取物抗氧化活性(n=3);(L, M)基于 DPPH 法的 TCP 凝膠提取物抗氧化活性(n=3);(N, O)基于 DPPH 法的不同凝膠提取物抗氧化活性(n=3);(P)TCP 凝膠在氧化應(yīng)激下保護(hù)細(xì)胞活性的示意圖;(Q)不同凝膠提取物對(duì) H?O? 處理的 HUVEC 的細(xì)胞保護(hù)作用(n=6);(R)對(duì) H?O? 處理的 L929 細(xì)胞的細(xì)胞保護(hù)作用(n=6)
(8)多功能 DP@TCP 凝膠加速慢性傷口愈合
糖尿病是導(dǎo)致難愈合慢性傷口的主要原因之一,其關(guān)鍵在于傷口部位血管再生的障礙。為此,研究利用糖尿病大鼠全層皮膚缺損模型,評(píng)估 DP@TCP 凝膠對(duì)慢性傷口愈合的促進(jìn)作用。結(jié)果顯示,DP@TCP 凝膠顯著加速傷口愈合,在第 9 天愈合率約為 90.5%,遠(yuǎn)高于對(duì)照組的 52.9%;到第 12 天,愈合率接近 97.7%,優(yōu)于其他處理組(圖 8B - D)。H&E 染色表明,第 6 天傷口形成明顯肉芽組織,第 12 天 DP@TCP 凝膠組傷口幾乎完全閉合,且皮膚附屬器再生良好(圖 8E)。Masson 染色顯示,DP@TCP 凝膠組傷口部位膠原蛋白沉積顯著增加,且第 12 天膠原纖維更加成熟,排列規(guī)則(圖 8F - H)。
進(jìn)一步分析其機(jī)制發(fā)現(xiàn),糖尿病傷口愈合障礙主要源于高糖環(huán)境中 HIF - 1α 穩(wěn)定性受損,導(dǎo)致血管生成紊亂。免疫組織化學(xué)(IHC)檢測(cè)顯示,第 6 天對(duì)照組和 TCP 凝膠組 HIF - 1α 表達(dá)水平低,而載藥水凝膠組(尤其是 DP@TCP 和 DP 組)表達(dá)顯著增加,這主要?dú)w因于 DFO 穩(wěn)定 HIF - 1α 的能力(圖 8I、J)。到第 15 天,DP@TCP 和 DP 組 HIF - 1α 表達(dá)下降,可能是由于身體自我調(diào)節(jié)機(jī)制的作用。免疫熒光(IF)分析表明,第 6 天 DP@TCP 凝膠組血管再生最顯著,這歸因于 DFO 穩(wěn)定 HIF - 1α 以及 DP@TCP 凝膠釋放 VEGF 等生長(zhǎng)因子的雙重作用(圖 8K)。到第 12 天,該組血管數(shù)量減少,這是由于傷口進(jìn)入重塑期,不成熟血管逐漸退化。
圖8. DP@TCP 凝膠加速糖尿病大鼠全厚皮膚缺損模型的傷口愈合。(A)傷口及治療方案示意圖;(B)傷口愈合過(guò)程照片;(C)傷口愈合率(n=4);(D)傷口區(qū)域示意圖;(E)第 6 天和第 12 天傷口切片的 H&E 染色圖像;(F)第 6 天和第 12 天傷口切片的 Masson 三色染色圖像;(G, H)第 6 天和第 12 天傷口膠原沉積分析(n=3);(I)HIF-1α 的 IHC 染色;(J)第 6 天 HIF-1α IHC 染色分析(n=3);(K)α-SMA 和 CD31 的 IF 共染色
(9)多功能 DP@TCP 凝膠加速慢性傷口愈合
DP@TCP 凝膠在體外表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌、抗氧化和血管再生能力,因此進(jìn)一步研究了其在感染傷口模型中的促愈合能力。實(shí)驗(yàn)在正常大鼠背部構(gòu)建了金黃色葡萄球菌感染的傷口模型,并進(jìn)行各種處理。結(jié)果顯示,DP@TCP 凝膠在促進(jìn)感染傷口愈合方面效果最佳,其次是 DP 組,TCP 凝膠也表現(xiàn)出一定的促愈合效果(圖 9B - D)。在治療后的第 3 天和第 12 天,從傷口部位收集肉芽組織提取細(xì)菌并進(jìn)行培養(yǎng)計(jì)數(shù)。結(jié)果顯示,在第 3 天,DP@TCP 凝膠和 TCP 凝膠顯著抑制了傷口部位的細(xì)菌生長(zhǎng),相對(duì)細(xì)菌計(jì)數(shù)均小于 1%;在第 12 天,DP@TCP 凝膠組的傷口部位幾乎沒有細(xì)菌生長(zhǎng)(圖 9E - G)。H&E 染色結(jié)果顯示,DP@TCP 凝膠組的表皮完整,上皮層較薄,且有大量皮膚附屬器再生(圖 9H)。Masson 染色結(jié)果表明,在第 6 天,DP@TCP 凝膠組的膠原纖維沉積比其他組更多;在第 12 天,DP@TCP 凝膠組和 DP 組均有豐富且致密的膠原纖維,排列有序,而其他組的膠原纖維較少且排列紊亂(圖 9I - J)。這些結(jié)果表明,多功能 TCP 粉末由于其固有的抗菌和抗氧化特性,與生物活性物質(zhì)(如 PRP、DFO)結(jié)合時(shí),可成為傷口修復(fù)領(lǐng)域極具前景的水凝膠敷料。
圖9. DP@TCP 凝膠加速金黃色葡萄球菌感染大鼠全厚皮膚缺損模型的傷口愈合。(A)傷口及治療方案示意圖;(B)傷口愈合過(guò)程照片;(C)傷口面積示意圖;(D)傷口愈合率(n=3);(E)第 3 天和第 12 天傷口處細(xì)菌生長(zhǎng)情況(展平板法);(F, G)傷口細(xì)菌數(shù)量及相對(duì)細(xì)菌數(shù)量分析(n=3);(H)第 6 天和第 12 天傷口切片的 H&E 染色圖像;(I)第 6 天和第 12 天傷口切片的 Masson 三色染色圖像;(J)第 6 天和第 12 天傷口膠原沉積分析(n=3)
研究受貽貝粘合機(jī)制的啟發(fā),利用富含兒茶酚基團(tuán)且廣泛存在于植物中的 TA 來(lái)模擬貽貝蛋白的功能。根據(jù)共凝結(jié)機(jī)理,研制出了由 TA、CS 和 PEG 組成的多功能 TCP 共凝膠粉末。
TCP 共凝膠粉末具有多重優(yōu)勢(shì),是止血和傷口愈合領(lǐng)域極具競(jìng)爭(zhēng)力的候選材料。首先,基于 TA 中的羥基、PEG 中的醚基和 CS 中的氨基之間形成的強(qiáng)分子間氫鍵,共水合物可自發(fā)組裝,避免了復(fù)雜的化學(xué)合成和有毒交聯(lián)劑的引入,確保了體系良好的生物相容性。其次,共水合物粉末的制備采用一步混合法,結(jié)合冷凍干燥和研磨工藝,成本低、規(guī)?;⒖砷L(zhǎng)期保存,為臨床轉(zhuǎn)化提供了顯著優(yōu)勢(shì)。此外,TCP 共凝膠粉末還具有吸水性強(qiáng)、自凝膠特性和較強(qiáng)的濕組織粘附性等特點(diǎn),是止血材料的理想候選材料。最后,基于其固有的抗菌和抗氧化能力,通過(guò)與生物活性成分 PRP 和 DFO 的進(jìn)一步結(jié)合,它在慢性傷口和感染傷口的愈合方面顯示出了可喜的治療效果,證明它在組織再生領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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