一、研究背景

伤口愈合的过程是复杂的、多阶段的，包括止血、炎症、增殖和成熟。然而，它可能会在炎症或增殖阶段停止，将正常伤口转变为慢性伤口，这可能会给患者带来不适。在预防糖尿病足溃疡患者截肢等并发症和阻止急性伤口向慢性伤口发展方面，伤口愈合效率值得关注、。在炎症和增殖阶段，在巨噬细胞和其他免疫细胞产生的因子和细胞外基质（ECM）的物理提示的引导下，成纤维细胞被招募到伤口部位。因此，成纤维细胞向创面的迁移被认为是确保创面愈合过程顺利进行以提高创面愈合效率的重要因素，特别是从炎症阶段向增殖阶段过渡的过程。

在微/纳米纤维制造技术中，静电纺丝作为一种成本效益高且直接的方法脱颖而出，它能够制造由微和纳米纤维组成的膜，以模仿天然皮肤ECM 、。它在伤口愈合治疗中的潜在应用是巨大的，包括药物输送（例如，生长因子，抗炎药，活细胞）、，促进细胞分泌、，以及指导细胞行为、。在各种聚合物选择中，许多研究已经证明了各种形式的SF作为促进愈合过程的治疗性伤口敷料的优势、，包括水凝胶、海绵、薄膜、静电纺纳米纤维膜和水胶体敷料、。集热器的结构和对静电场的控制可以有效地影响纤维的排列，从而获得排列整齐的微纳纤维膜。然而，挑战也出现了，特别是当通过选择特定的集热器（如旋转圆柱形滚筒或平行电极）来生产排列的电纺丝纤维时。传统静电纺丝方法制备的排列微纳纤维膜通常相对较薄，并且各向异性和稀疏互连在一起，使得纤维膜力学不稳定。因此，在实验、手术和潮湿的生理环境条件下，排列的纤维膜很容易受到外力的破坏，极大地限制了其在体外和体内生物医学领域的应用。

本研究开发了一种新型的阵列静电纺丝收集器，不仅可以精确控制纤维取向分布，而且可以同时高效地制备有序和无序的SF纤维膜，如图1a所示。静电纺丝过程中的阵列静电纺丝集热器为每一层排列整齐和随机排列的SF纤维层的沉积提供了合适的电场，实现了有序/无序排列的图案化SF膜材料的高效制备。与传统的单列纤维膜相比，图案膜在面积膨胀过程中具有更好的力学性能和高度排列的纤维取向。将图纹膜根据纤维取向分为有序区膜（SF-Fr-O）和无序区膜（SF-Fr-D）两种样品进行进一步研究（图1b）。另外，将再生的丝素溶液直接固化制备的扁平丝素膜称为扁平丝素（SF- ft）作为参比样品。在这里，所有三种材料（SF-Fr-O， SF-Fr-D和SF-Ft）被指定为正常人类真皮成纤维细胞（nffs）和脂肪组织来源的间充质干细胞（AD-MSCs）的生长平台。我们使用双重视角来探索由细胞产生的不同条件培养基（CMs）和材料的结构线索对NHDFs迁移的影响。在评估AD-MSCs和ndfs以CMs形式分泌的产物时，主要重点是评估旁分泌效应。此外，通过细胞形态、取向和迁移速度的变化来评估NHDFs迁移过程中材料的物理结构线索。有序和无序纳米纤维提供的微环境可以直接引导NHDFs迁移，也可以影响AD-MSCs和NHDFs的旁分泌效应，从而提高NHDFs迁移的趋化性。本研究通过探索细胞对微环境的响应和材料本身提供的内在线索所产生的CMs的影响，为提高伤口愈合效率提供了新的思路。

二、摘要

在这项研究中，设计了一种新的阵列静电纺丝收集器来生成两种不同的再生丝素纤维膜：有序和无序。通过静电纺丝设备在纺丝过程中利用静电力可以精确控制SF纤维的方向，从而产生包含对齐和随机排列的纤维层的膜。这种创新的方法导致了大面积膜的发展，由于其交替的图案结构，具有优异的稳定性，可以通过使用集热器进行膨胀来实现，并改善了排列纤维膜的机械性能。该研究深入探讨了这些膜在提高伤口愈合效率方面的潜力。用脂肪组织源性间充质干细胞（AD-MSCs）和正常人真皮成纤维细胞（NHDFs）进行体外毒性实验，证实了SF膜的生物相容性。我们使用双重视角来探索由细胞产生的不同条件培养基和材料的结构线索对NHDFs迁移的影响。纳米纤维提供的微环境可以直接引导NHDFs迁移，也可以影响AD-MSCs和NHDFs的旁分泌效应，从而提高NHDFs迁移的趋化性。特别是有序膜，在引导细胞定向迁移方面表现出明显的有效性。本研究强调，SF膜促进的可定制微环境优化了间充质干细胞的旁分泌产物，并提供了有价值的物理线索，为提高伤口愈合效率提供了新的前景。

三、结论

在这项研究中，创新地设计了一种阵列静电纺丝收集器，用于制备由排列和随机排列的静电纺丝纤维组成的静电纺丝图案SF膜。这种独特的静电纺丝工艺允许通过静电操纵精确控制SF纤维的方向分布，从而实现排列和随机纤维层的整合。另外，通过配置静电纺丝捕集剂的排列方式，扩大了纤维膜的尺寸，改善了排列膜的力学性能。所得到的膜显示出交替的图案结构，具有无序和有序纤维分布的区域。这种结构生成了具有优异稳定性的大面积膜，促使人们进一步探索SF纤维膜拓扑结构对细胞行为的影响及其作为伤口修复材料的潜在应用。利用AD-MSCs和NHDFs细胞进行的体外细胞毒性实验表明，制备的SF纤维膜没有明显的毒性作用，具有良好的生物相容性。此外，该研究还深入了解了可能影响细胞CM形成的特定微环境，从而提高伤口愈合效率。来自AD-MSCs和NHDFs的CMs在SF-Ft上培养时均表现出促进细胞迁移的能力。值得注意的是，来自AD-MSCs的CMs在SF-Fr-O上培养时，蛋白质浓度显著增加。此外，静电纺SF材料的形貌显著影响细胞行为，影响细胞形态、迁移速度和趋化性。由排列纤维（SF-Fr-O）组成的膜创造了一个优化的微环境，促进了NHDF的有效迁移。这表明这些纤维提供了增强的粘附位点和方向线索，导致细胞迁移速度加快和方向性改善。最后，该研究强调了调节微环境的潜力，以定制分泌产物和材料地形线索，以指导定向细胞迁移，为提高伤口愈合效率提供了有希望的途径。

图1.(a)用于高效膜收集的阵列静电纺丝收集系统示意图。该系统能够在一次静电纺丝过程中同时收集随机和排列的纤维膜。纤维依次悬浮在倾斜缝隙上，同时也随机沉积在缝隙上。静电纺丝液是从天然家蚕蚕丝中提取的。(b)在SF-Fr-O、SF-Fr-D和SF-Ft上生长的脂肪组织来源的间充质干细胞或正常人真皮成纤维细胞的形态学。(c)通过条件培养基形式的分泌产物和物理提示来评估细胞迁移促进作用。

图2.(a)第3天拍摄的扫描电镜（SEM）图像，显示了在SF-Fr-D、SF-Fr-O和SF-Ft上培养的脂肪组织来源的间充质干细胞（AD-MSCs）和正常人真皮成纤维细胞（nffs）的形态。(b)细胞扩散面积和(c) AD-MSCs半径比的定量。(d)细胞扩散面积和(e) NHDFs半径比的定量。所有数值均以平均值±SEM表示。统计学显著性采用非配对双尾学生t检验。* p < 0.01。