一、研究背景

皮肤作为人体最大的器官，在防止感染和防止水分过多流失方面起着至关重要的作用。当皮肤受到损伤、烧伤或疾病的损害时，它会激活修复机制来恢复其保护功能。然而，在严重损伤的情况下，皮肤可能会失去其自然愈合能力，导致慢性伤口、疤痕和功能丧失。伤口愈合是一个复杂的生理过程，慢性伤口对医疗保健构成重大挑战，导致大量患者痛苦和死亡率升高。

处理伤口需要创新和有效的治疗策略，再生工程在这一努力中起着关键作用。这个快速发展的领域专注于开发生物材料和支架，促进受损皮肤组织的修复和再生。皮肤组织再生工程的一个关键挑战是设计支架，提供足够的机械支持，密切模仿自然皮肤的机械特性，以保持结构的完整性。支架必须有足够的强度来支持再生组织而不会塌陷，同时又要有足够的灵活性来避免应力屏蔽，因为应力屏蔽会阻碍细胞正常生长和与周围组织的整合。达到这种机械强度和柔韧性的平衡对于皮肤的成功再生是必不可少的。

聚乳酸-聚乙醇酸（PLGA）是由乳酸（LA）单体和乙醇酸（GA）单体按不同比例组成的一种线性合成共聚物。PLGA具有可调节的生物降解性，主要用作药物、蛋白质和各种其他大分子（如DNA、RNA和肽）的递送载体。(5) PLGA还具有良好的生物相容性，已被FDA批准用于人体临床应用，这使PLGA成为组织工程应用的理想候选者。然而，PLGA较差的力学性能限制了其在承载组织工程中的应用，如骨组织工程和动脉血管组织工程。为了改善其力学性能，研究了生物活性玻璃、纤维素纳米晶体、TiO2纳米粒子、羟基磷灰石微球、氧化石墨烯纳米粒子、等作为PLGA的增强材料。

天然蜘蛛丝纤维以其优异的生物可降解性、生物相容性和坚固的力学性能，越来越受到医学领域的认可。它们的应用跨越多个领域，包括血管植入、血管缝合和心脏组织工程。蜘蛛丝纤维的机械强度显著，其强度为1.1 GPa，与1.5 GPa的高抗张钢相当，超过人骨强度近7倍。此外，它们的韧性超过许多顶级合成材料，包括凯夫拉尔。因此，有报道称蜘蛛丝纤维被用作增强材料。例如，Bobylev等人将蜘蛛丝加入到心血管贴片中，其机械性能显著增强，拉伸力增加1.8倍，拉伸强度增加1.45倍。然而，这些进步面临着一个重大挑战：这些研究中使用的蜘蛛丝纤维来自各种天然蜘蛛，这些蜘蛛主要是同类相食的，很难集体养殖。这一限制使得商用大规模生产天然蜘蛛丝纤维增强聚合物复合材料具有挑战性。

重组蛛丝蛋白eADF4是一种以大肠杆菌为宿主大量生产的基因工程蛛丝蛋白。与天然蛛丝纤维相比，重组蛛丝蛋白eADF4具有以下优点：(1)可控制和规模化生产。由于蜘蛛的领土和同类相食的性质，很难大量收获天然蜘蛛丝，而eADF4可以在微生物系统中高效生产，确保工业和生物医学应用的可靠和可扩展供应。(2)定制的力学性能。eADF4的基因工程允许对其氨基酸序列进行精确操作，从而能够定制机械性能，如抗拉强度、弹性和降解率，以满足特定需求，这是天然蜘蛛丝不可能做到的。(3)质量一致。重组生产确保了eADF4的高纯度和均匀性，不像天然丝纤维那样受环境因素和蜘蛛种类的影响。这种一致性对于需要精确材料特性的应用至关重要。(4)兼容性好。eADF4保留了天然蜘蛛丝的生物相容性，使其适用于一系列生物医学应用，包括组织工程和药物输送。

本研究探讨了eADF4作为增强剂增强PLGA膜力学性能的潜力。它深入研究了电纺丝性，机械和热性能的详细检查，以及用重组蜘蛛丝蛋白eADF4增强的电纺PLGA膜的形态。利用人角质形成细胞体外伤口模型对PLGA膜进行了评估，以评估其在组织工程中的应用潜力。这包括检查它们对细胞活力、伤口愈合能力和潜在刺激性的影响，并在直接和间接暴露于膜后测量IL-8的释放。

二、摘要

聚乳酸-聚乙二醇（PLGA）是最具吸引力的聚合物生物材料之一，可用于制造药物输送和组织工程应用的医疗器械。然而，由于其机械性能不足，PLGA 在承重应用中的使用受到了限制。本研究探讨了重组蚕丝纤维素（eADF4）作为 PLGA 增强剂的潜力。PLGA/eADF4 复合膜是通过电纺丝工艺制成的。研究人员对电纺溶液的可纺性以及复合膜的物理化学、机械和热性能进行了表征。添加 eADF4 增加了电纺丝溶液的粘度，提高了复合材料的机械特性和热稳定性。这项研究表明，用静电纺丝设备纺丝重组蜘蛛丝纤维蛋白增强的聚乳酸乙丙橡胶（PLGA）膜无细胞毒性，能显著促进细胞迁移和伤口闭合，而且不会引发炎症反应，是先进伤口愈合应用的理想候选材料。

三、结论

本研究探讨了 PLGA 因其机械性能差而在组织工程中承重应用的局限性。将浓度为 0.5、2.5、5 和 10 wt% 的 PLGA 和重组丝纤维素 eADF4 溶于 HFIP 中，与 25 wt% 的 PLGA 溶液混合，然后进行电纺。随着 eADF4 浓度的增加，PLGA/eADF4 溶液的粘度明显增加，从而在电纺丝过程中产生了更粗的纤维。加入 eADF4 后，PLGA 的刚性增强，但延展性降低。此外，eADF4 的加入还改善了 PLGA 的热稳定性，提高了玻璃化转变温度和起始降解温度。PLGA/eADF4 膜具有良好的细胞相容性，这表明它们在伤口愈合应用中具有广阔的应用前景。

图1.静电纺丝膜

图2.PLGA 和 PLGA/eADF4 膜的扫描电镜图像以及纤维直径测量结果。

图3.(a) PLGA溶液的动态粘度测量p < 0.05。(b) PLGA/eADF4混合溶液的动态粘度测量。P < 0.05，样本量n = 5。