《Biofabrication》：“会动”的纳米纤维水凝胶自行匹配皮肤伤口促进愈合
伤口生理信号的动态调节是伤口愈合的基础。由于伤口愈合阶段的不匹配，递送生长因子以驱动伤口愈合的传统生物材料导致软组织的被动修复。同时，伤口渗出物的生物活性常常受到氧化和细菌污染的限制。近日，来自东华大学纺织学院的王璐教授、上海市华山医院的吴昊医生联合南洋理工大学的Zheng Yuanjin教授通过“混合-膨胀”方法开发了一种ECM模拟弹性纳米纤维/水凝胶互穿网络(NFHIN)，作为剥脱性皮炎的生物皮肤（图1）。与ECM类似，NFHIN包含3D纳米纤维框架，其中交错的聚己内酯(PCL)纳米纤维提供了刚度和弹性，以及成纤维细胞的粘附位点。HA与超支化聚酰胺氨基(HBPAA)交联形成聚阳离子水凝胶，填充纤维之间的空间。相关研究成果以“Extracellular-matrix-mimicked 3D nanofiber and hydrogel interpenetrated wound dressing with a dynamic autoimmune-derived healing regulation ability based on wound exudate”为题于2022年12月29日发表在《Biofabrication》上。为了模拟真皮ECM的结构，制备了由连续纳米纤维网络和气凝胶基质组成的3D网络结构（图1A）。将2D纳米纤维膜转化为HA-HBPAA水凝胶互穿的3D框架，并进一步冷冻干燥合成气凝胶。这种气凝胶由于其丰富的亲水性，可以吸附水泡液，并将其转化为水凝胶，从而通过透湿和蒸发动态控制水泡液的量。纳米纤维是单分散互锁的三维增强框架（图1C）；NFHIN表现出与人类皮肤相似的机械结构，可以被扭曲、拉伸并牢固地粘附在人类皮肤上(图1D)。1. NFHIN的机械性能为了充当功能性皮肤，纳米纤维应该具有匹配的柔韧性和抗撕裂性。与微米级短纤维增强水凝胶不同，连续的纳米纤维网络显示PCL纳米纤维贯穿整个水凝胶，形成结构良好的水凝胶弹性支撑体。同时，NFHIN还被赋予了纳米纤维与水凝胶基质之间更高的比接触面积，以增强结合强度，这大大提高了纳米纤维强度的利用率，减少了纤维滑脱，从而获得了优异的机械强度和韧性（图2A-D）。此外，HB PAA–HA水凝胶不仅因为较高的透湿性而赋予了强的伤口液体管理能力，而且因为水凝胶固有的亲水性而构建了潮湿的伤口环境（图2E）。此外，将具有丰富端氨基功能的带正电的HBPAA引入到水凝胶基质中，赋予NFHIN对带负电细菌的接触杀灭活性（图2F-H）。2. NFHIN在氧化应激下保护成纤维细胞的生存能力之后，作者选择典型成纤维细胞L929细胞作为细胞模型，评估H2O2胁迫下的保护能力，定量分析表明NFHIN可以帮助成纤维细胞在高浓度ROS的挑战下保持完整的形态和基本活性（图3A-B）。通过CCK-8方法测量细胞活力。发现空白组和PCL组的细胞活力(图3D)在有或没有水泡液处理的情况下没有表现出显著差异(图3C)，表明DMEM培养基与疱液具有良好的相容性。HA和HBPAA交联水凝胶对水疱液起到了良好的保留和支持作用，保证了基质细胞蛋白和成纤维细胞之间的有效生物相互作用，进一步的三维荧光扫描也支持这一结论（图3E-F）。3. 急性全层创面愈合的评价为了评估NFHIN和NFHIN-DSND的创面愈合和皮肤修复效果。第3天，NFHIN组和NFHIN-DSND组创面面积明显小于两组对照组(P&lt;0.01)。NFHIN-DSND组与NFHIN-CTL组也有显著差异(P&lt;0.05)，说明糖皮质激素DSND的调节作用。在第14天，NFHIN组的伤口几乎闭合，可以观察到可观的毛发覆盖（图4A-C）。此外，HE染色和Masson染色显示了四组的愈合阶段。总的来说，四组样品在第三天的病理结果相似，之后实验组更早的从炎症期转入重塑期。此外，DSND作为一种糖皮质激素，更直接地调节伤口的再生过程。这些结果证实了NFHIN作为用于水疱伤口护理的人工皮肤贴片具有一定的前景（图4D-E）。综上，本文报道了一种纳米纤维与水凝胶互穿网络。NFHIN含有HBPAA和HA交联水凝胶的纤维框架，填充了纤维内的空间。纤维结构使NFHIN具有弹性和抗裂性能。水凝胶收集伤口渗出液并保持与健康人体皮肤相似的液体含量和水分交换率。因此，NFHIN表现出优异的泡疱液管理性能，以及杀菌和抗氧化性能，以保持保留的伤口渗出液的生物活性。NFHIN在体外具有清除ROS的作用，并能保护成纤维细胞免受H2O2的侵袭。急性创面模型的体内实验证明，NFHIN在有无细菌感染的情况下都能愈合创面。本研究提供了一种弹性生物皮肤，通过对创面渗出液的定量和定性管理来改善水泡创面的愈合，将其从临床问题转变为自身免疫源性创面调节系统。文章来源：