近期，四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院滿毅教授團(tuán)隊(duì)（論文共同第一作者為王陳兵博士、朱宸佑博士、趙夕文）在科愛出版創(chuàng)辦的期刊Bioactive Materials上發(fā)表研究文章：生物材料的地形特征，如形狀和直徑，在傷口愈合過程中對(duì)影響細(xì)胞活動(dòng)和操縱相關(guān)免疫反應(yīng)起著重要作用。我們制備了不同纖維直徑的取向電紡膜，發(fā)現(xiàn)A300組取向膜材料在軟組織缺損修復(fù)模型中表現(xiàn)出更顯著地加速傷口愈合優(yōu)勢，并通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)初步揭示了纖維直徑介導(dǎo)軟組織缺損修復(fù)的潛在機(jī)制。

01研究內(nèi)容簡介

皮膚是一種與周圍環(huán)境接觸的淺表器官，是抵御外部危害的第一道重要屏障。無法使受傷皮膚重新上皮化可能導(dǎo)致脫水、炎癥，甚至死亡。因此，迅速閉合傷口以恢復(fù)皮膚屏障是非常重要的，這對(duì)機(jī)體的生存至關(guān)重要。遺憾的是，目前管理傷口的策略并不令人滿意，因?yàn)樗鼈円蕾囉诰徛捅粍?dòng)的愈合過程。因此，需要探索更有潛力的移植物，以實(shí)現(xiàn)理想的上皮化再生。

相比其他移植材料，靜電紡絲能很好地模擬細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）的形態(tài)和功能、方便氣體交換、阻擋細(xì)菌滲透和調(diào)控宿主免疫反應(yīng)，是軟組織傷口移植物的理想選擇之一。其中，取向電紡膜在軟組織工程領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。本課題組前期的研究也發(fā)現(xiàn)，魚膠原（Fish collagen，F(xiàn)C）/聚乳酸羥基乙酸（Polylactic acid glycolic acid，PLGA）取向電紡膜在軟組織缺損修復(fù)方面具有積極調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、加速傷口愈合等優(yōu)勢。

因?yàn)榈匦谓Y(jié)構(gòu)會(huì)先于可溶性因子對(duì)細(xì)胞命運(yùn)產(chǎn)生影響，所以許多研究試圖通過調(diào)整膜材料的微觀結(jié)構(gòu)來改善取向膜的機(jī)械性能和生物學(xué)性能。已有很多研究做出了嘗試，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)膜材料纖維直徑：可以改善膜的機(jī)械性能；促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖，高表達(dá)膠原蛋白；可以誘導(dǎo)和增強(qiáng)干細(xì)胞分化；還會(huì)影響巨噬細(xì)胞的免疫反應(yīng)。

雖然這些研究證實(shí)了膜材料的纖維直徑對(duì)細(xì)胞行為的積極影響，但是究竟膜材料的哪個(gè)直徑區(qū)間最適合軟組織再生，還有待進(jìn)一步研究。關(guān)于不同纖維直徑調(diào)控軟組織修復(fù)的報(bào)道比較少見。膜材料的纖維直徑介導(dǎo)軟組織缺損修復(fù)的潛在機(jī)制也尚未探索清楚。在取向電紡膜良好的軟組織應(yīng)用基礎(chǔ)上，本研究繼續(xù)探討了不同纖維直徑（包括319±100 nm/A300、588±132 nm/A600和1048±130 nm/A1000）的FC/PLGA取向電紡膜對(duì)軟組織缺損的反應(yīng)。另外，為了探索清楚纖維直徑介導(dǎo)軟組織缺損修復(fù)的潛在機(jī)制，本研究還評(píng)估了植入不同纖維直徑取向電紡膜的大鼠皮膚傷口的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，期望可以找到在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的細(xì)胞和因子。

一、A300提高了取向膜的機(jī)械穩(wěn)定性、親水性和降解性

通過調(diào)控電紡儀器操作參數(shù)，制備不同纖維直徑的FC/PLGA取向電紡膜，并表征其性能。結(jié)果成功制備出了約300-1500 nm區(qū)間的的取向電紡膜?；谖墨I(xiàn)進(jìn)展以及本研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模Y選出了319±100 nm（A300）、588±132 nm（A600）和1048±130 nm（A1000）三組FC/PLGA取向電紡膜作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象。取向電紡膜組分接近，尺寸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并具有較好的抗張強(qiáng)度和降解速率。A300組的親水性與A600組相接近，但是明顯強(qiáng)于A1000組。另外，A300組的力學(xué)性能和降解性均優(yōu)于后兩組；提示A300組可能會(huì)在后續(xù)的軟組織缺損修復(fù)中有更出色的表現(xiàn)（圖1 ）。

圖1 總結(jié)了不同纖維直徑取向電紡膜的部分性能

二、A300加速成纖維細(xì)胞增殖，促進(jìn)表皮角質(zhì)形成細(xì)胞伸展

通過成纖維細(xì)胞（L929）和口腔表皮角質(zhì)形成細(xì)胞（HOK）接種在膜材料上，評(píng)價(jià)不同纖維直徑FC/PLGA取向電紡膜的生物安全性及其對(duì)細(xì)胞形態(tài)的影響。結(jié)果表明：成纖維細(xì)胞和表皮角質(zhì)形成細(xì)胞在不同纖維直徑取向電紡膜上均具有良好的增殖活性，且成纖維細(xì)胞在A300組上的細(xì)胞活性更佳。A300組取向膜還可以促進(jìn)表皮角質(zhì)形成細(xì)胞的形態(tài)伸展（圖2 ）。

圖2 總結(jié)了不同纖維直徑取向電紡膜的細(xì)胞活性

三、A300能顯著促進(jìn)皮膚傷口愈合

通過制備6 mm直徑的大鼠背部皮膚缺損模型并檢測愈合相關(guān)指標(biāo)，評(píng)價(jià)不同纖維直徑FC/PLGA取向電紡膜的軟組織缺損修復(fù)能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)A300組取向膜的血管化能力、上皮化能力和膠原堆積能力均強(qiáng)于其它組。另外，A300組能與宿主免疫防御系統(tǒng)更兼容；A300組產(chǎn)生更多的功能附件-毛囊（HF）。簡言之，A300組更能促進(jìn)軟組織愈合，其設(shè)計(jì)理念為軟組織移植物的構(gòu)建提供了新方向（圖3 ）。

圖3 總結(jié)了不同纖維直徑取向電紡膜的皮膚缺損修復(fù)效果

四、A300通過調(diào)控巨噬細(xì)胞活動(dòng)，高表達(dá)MMP12，促進(jìn)皮膚傷口愈合

通過7天大鼠樣本的轉(zhuǎn)錄組（Bulk-RNA sequencing）數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同纖維直徑取向電紡膜的軟組織缺損修復(fù)機(jī)制的探索。初步推測A300組更容易調(diào)控免疫過程向著促進(jìn)修復(fù)的方向進(jìn)展。免疫過程中起著重要作用的是修復(fù)型巨噬細(xì)胞，并可以分泌促進(jìn)表皮細(xì)胞遷移的因子-MMP12。進(jìn)一步通過一系列體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了這個(gè)推測（圖4 ）。

圖4 總結(jié)了膜材料纖維直徑介導(dǎo)皮膚傷口愈合的機(jī)制探索

最后作者指出傷口愈合需要免疫過程的積極參與，A300膜材料是一種更優(yōu)化的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)理念為軟組織移植物的構(gòu)建提供了新方向。A300取向膜是引導(dǎo)皮膚再生應(yīng)用的潛在候選之一，尤其適用于上皮化過程。然而，更多的纖維直徑組別和再生免疫過程有待進(jìn)一步研究。

02論文第一/通訊作者簡介

第一作者：王陳兵

四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院2019級(jí)博士研究生。從事軟組織修復(fù)材料與研發(fā)工作。

通訊作者：滿毅

教授，四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院種植科主任，種植教研室主任，博士研究生導(dǎo)師。中華口腔醫(yī)學(xué)會(huì)種植專委會(huì)副主任委員、國際骨再生基金Osteology Foundation中國區(qū)執(zhí)行委員會(huì)（NOG China）會(huì)長，國際種植學(xué)會(huì)（International Team for Implantology）中國分會(huì)候任主席，口腔數(shù)字化產(chǎn)業(yè)分會(huì)副會(huì)長，四川省口腔種植專委會(huì)主任委員， 2020年第四屆人民日?qǐng)?bào)“國之名醫(yī)-青年新銳”，2007年四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院獲博士學(xué)位，導(dǎo)師宮蘋教授。2010-2012在美國Tufts大學(xué)牙學(xué)院被聘為臨床講師，2011-2012美國哈佛大學(xué)訪問學(xué)者。改良多種種植外科和修復(fù)技術(shù)已發(fā)表在國際種植學(xué)、外科學(xué)和修復(fù)學(xué)雜志，多次受邀在國際會(huì)議上發(fā)表演講，發(fā)表臨床論文和科研論文50余篇，主持多項(xiàng)國際、國家、省部級(jí)課題。

03資助信息

該研究得到了四川省科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2021YFS030）、四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院跨學(xué)科創(chuàng)新項(xiàng)目（RD-03-202006）和四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院研發(fā)項(xiàng)目（編號(hào)LCYJ2019-19）的支持。感謝Novogene公司的Bulk RNA測序工作。

04原文信息

Chenbing Wang; Chenyu Chu; Xiwen Zhao; Yang Yang; Chen Hu; Li Liu, Jidong Li, Yili Qu, Yi Man*. 

The diameter factor of aligned membranes facilitates wound healing by promoting epithelialization in an immune way. 

Bioactive Materials, 11 (2022) 206-217.