武汉大学李景峰教授团队:一种用肝素和甲状旁腺激素衍生物修饰的电纺丝纤维膜促进糖尿病伤口愈合

  • 发布时间:2025.05.13
  • 作者:wemaxnano

背景介绍:

糖尿病伤口愈合困难是一个全球性的医学挑战,愈合困难主要是因为高血糖和微血管功能障碍。高血糖会损害血管内皮细胞功能,抑制新生血管形成,导致伤口供血不足。同时,糖尿病伤口中活性氧水平升高,促进晚期糖基化终产物生成,进一步加重愈合难度。这些因素都会导致细胞内转录因子水平下降,延缓血管生成,减少肉芽组织,影响组织修复。此外,糖尿病伤口常处于慢性炎症状态,炎症因子水平升高,形成有害环境,阻碍成纤维细胞和角质形成细胞增殖,降低血管内皮生长因子表达,限制血管生成。因此,促进糖尿病伤口血管生成是解决这一难题的关键。


武汉大学李景峰教授和上海工程技术大学朱同贺教授的研究团队在《Macromolecular Bioscience》期刊发表了有关静电纺丝新材料促进糖尿病伤口愈合的一项研究,团队通过肝素和甲状旁腺激素衍生物PTHrP-1改性电纺纤维膜,成功促进糖尿病伤口愈合。这一成果为糖尿病伤口修复提供了一种新的应用思考和策略。

 

团队通过静电纺丝制备了 PCL/SF 支架,然后通过用肝素和 PTHrP1 进行表面修饰,得到了 Hep - PCL/SF 和 P1 - Hep - PCL/SF,并通过体内和体外实验评估了它们对伤口愈合的影响。

静电纺丝设备微迈-静电纺PCL SF 纳米纤维毡加载肝素和PTHrP1以生产支架
图1. A) 通过静电纺丝获得 PCL/SF 纳米纤维毡,然后在其上加载肝素和 PTHrP1 以生产 P1-Hep-PCL/SF 支架。B) 通过避光注射链脲佐菌素获得糖尿病大鼠模型。在糖尿病大鼠背颈中制作了具有不同伤口处理的全皮肤缺损模型。P1-Hep-PCL/SF 支架治疗糖尿病伤口的机制是纳米纤维结构促进细胞在伤口处的粘附、增殖和迁移。肝素和 P1 在伤口局部释放以发挥其生物活性。肝素和 P1 促进 HUVECs 和 L929 细胞的增殖和迁移,可在一定程度上抵消高糖环境对细胞活性的抑制。肝素和 P1 可上调 HUVECs 中 CD 的表达并促进 VEGF 的产生,从而促进伤口微血管的形成并加速伤口愈合。本研究表明,P1 上调 L929 细胞中 ERK 的表达,这意味着 P1 可能通过 ERK 通路促进 L929 细胞的增殖和迁移,并促进胶原蛋白的沉积和重塑。

 

静电纺丝设备微迈-纳米纤维的 SEM 图像1
图2.(A) 纳米纤维的 SEM 图像(比例尺 = 10 μm)和纳米纤维的更高放大倍率图像,显示光滑致密的纤维表面。(比例尺 = 1 μm)。PCL/SF (B)、Hep-PCL/SF (C) 和 P1-Hep-PCL/SF (D) 静电纺丝纤维膜的直径。(E) 三种静电纺丝纤维膜的水接触角。(F) hep、PCL/SF、Hep-PCL/SF 和 P1-Hep-PCL/SF 静电纺丝纤维膜的 FTIR 光谱。(G) 甲苯胺蓝染色观察。(H) PCL/SF 静电纺丝纤维膜在含胰蛋白酶培养基中的生物降解性曲线。

 

在体外和体内实验中,三组材料均表现出良好的生物相容性。P1 - Hep - PCL/SF 支架具有良好的细胞活力,促进了人脐静脉内皮细胞(HUVECs)和 L929 细胞的增殖和迁移,促进了血管生成。

静电纺丝设备微迈-不同成分的基于 PCL SF 的膜的细胞相容性验证2
图3. 不同成分的基于 PCL/SF 的膜的细胞相容性验证(A)在对照组和三种实验组(PCL/SF、Hep-PCL/SF或P1-Hep-PCL/SF提取物)中培养1、3和5天后HUVEC的CCK8检测结果。(B)在对照组和三种实验组(PCL/SF、Hep-PCL/SF或P1-Hep-PCL/SF提取物)中培养1、3和5天后L929细胞的CCK8检测结果。(C)HUVECs的EdU测试。(D)L929细胞的EdU测试。

 

静电纺丝设备微迈-HUVECs的细胞划痕实验3
图4.(A)HUVECs的细胞划痕实验。(B)在不同处理后0、12和24小时的HUVECs迁移率的量化分析。(C)L929细胞的细胞划痕实验。(D)在不同处理后0、12和24小时的L929细胞迁移率的量化分析。(E)HUVECs的Transwell实验。(F)L929细胞的Transwell实验。(G)迁移细胞的量化分析。
 

体内动物实验结果显示,P1 - Hep - PCL/SF 膜显著促进了大鼠糖尿病皮肤缺损的愈合。该膜增强了糖尿病伤口愈合过程中的胶原沉积和血管生成。

静电纺丝设备微迈-术后1、2、3周不同处理的缺损愈合过程照片5
图5.(A)术后1、2、3周不同处理的缺损愈合过程照片。(B)建立全层皮肤缺损模型的大鼠糖尿病模型,每只糖尿病大鼠3到4个缺损。(C)大鼠伤口愈合的量化分析。(D)不同处理14天后皮肤伤口组织的H&E染色和Masson三色染色。(E)大鼠再生表皮肉芽组织的量化分析。(F)大鼠表皮厚度的量化分析。

 

研究团队认为 P1 - Hep - PCL/SF 支架的功能是多种有利因素共同作用的结果,包括静电纺纳米纤维模拟 ECM 的结构,肝素和 P1 可以促进 HUVECs 的增殖和迁移,增加 VEGF 的表达,促进血管生成,通过 ERK 途径促进成纤维细胞的增殖和迁移,促进胶原的沉积和重塑,并在一定程度上消除高糖环境对表皮细胞生理活性的抑制作用。

本研究证实了合成的活性肽 P1 在糖尿病伤口修复领域具有一定的应用前景。通过创新性地将 P1 与肝素配对,开发的这种新型伤口支架,在体内和体外实验中均获得了良好的伤口修复效果。在后续研究中,可以坚持肝素和 P1 的组合,尝试更多不同的载药介质,如水凝胶和液体敷料。还可以将 P1 与其他生物活性物质配对,进行伤口修复研究。

静电纺丝技术作为新型伤口支架研发的关键技术,在未来新兴医学材料研究中,有望发挥更大的作用。借助该技术,不仅能够制备出搭载多种生物活性因子的材料,还能制造出具有特定结构和性能的支架。这些支架可以引导组织再生,为细胞营造理想的生长微环境,推动医学材料领域的发展。

在科研人员进行的产学研研究中,微迈实验级小试 MN60 静电纺设备能提供有力支持。这款设备配备 100 多针模块化阵列与智能下纺系统,在科研成本范围内实现产业化工艺验证。它可以快速生成幅宽达 600mm 的大尺寸样品,精准模拟量产条件,助力科研团队高效完成配方优化、工艺验证及融资路演等工作,加速科研成果的商业化进程。

 

 


文献来源:DOI: 10.1002/mabi.202400608

 

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