2025年4月3日，南京工業(yè)大學姜岷教授與陳蘇教授合作在《Advanced Science》上發(fā)表了題為“Robust controlled degradation of enzyme loaded PCL-based fibrous scaffolds toward scarless skin tissue regeneration”的文章，范玲玲博士為論文第一作者，董維亮、姜岷、陳蘇為論文共同通訊作者，研究獲得國家重點研發(fā)計劃循環(huán)經(jīng)濟重點專項（2024YFC3908300）和基金委地區(qū)聯(lián)合基金重點項目支持（U23A20216）。文章提出了一種應用載酶自降解材料促進無疤痕愈合的新策略，采用微流控靜電紡絲技術(shù)制備了負載洋蔥伯克霍爾德菌脂肪酶（BCL）的聚己內(nèi)酯（PCL）基納米纖維支架（E-PCL）（圖1）。調(diào)控酶的嵌入量使得支架具有可控降解速率，在體外實現(xiàn)12至72 h內(nèi)的完全解聚并產(chǎn)生酸性單體，其酸性環(huán)境更有助于傷口愈合早期創(chuàng)造理想的微環(huán)境。傷口愈合實驗表明E-PCL能有效促進血管生成、減輕炎癥反應、調(diào)節(jié)膠原蛋白沉積并調(diào)控成纖維細胞分化，實現(xiàn)了21天傷口無疤痕愈合率超過99%。該研究還提出其實現(xiàn)無疤痕關(guān)鍵機制在于：在傷口愈合前實現(xiàn)了傷口輔料的全降解，且降解小分子無毒，并能促進傷口愈合，此發(fā)現(xiàn)的無疤痕機制對設(shè)計人造皮膚是一個有益嘗試。
圖1 微流控靜電紡絲機（南京捷納思新材料有限公司生產(chǎn)）
研究背景
從基礎(chǔ)醫(yī)學和應用醫(yī)學角度來看，能夠促進無疤痕愈合并減少炎癥反應的傷口敷料具有重要的應用潛力。目前，幾種紡絲纖維類生物可降解材料，如聚乳酸、PCL、聚乳酸-聚乙醇酸共聚物和聚乙烯醇，廣泛用于促進傷口愈合、降低感染風險、減小創(chuàng)傷和支持組織再生。然而，材料的降解速率受到多種因素的影響。常規(guī)的PCL和聚乳酸等醫(yī)用材料通常需要兩年以上的時間才能完全降解。若降解過程中產(chǎn)生MPs或有毒小分子，可能引發(fā)疤痕形成、炎癥反應等不良反應。盡管已有研究探索了載酶自降解生物材料的方法，然而鮮少關(guān)于原位載酶生物自降解纖維支架對傷口愈合影響的研究。
圖文導讀
圖2. 載酶自降解纖維支架促進傷口無疤痕愈合的示意圖
研究人員設(shè)計了一種簡單有效的自降解傷口敷料制備方法，將E-PCLs與傷口愈合過程相結(jié)合，實現(xiàn)無疤痕皮膚再生。選擇BCL作為PCL降解的催化劑，并利用微流控靜電紡絲技術(shù)制備具有不同降解速率的纖維支架。圖2a所示，E-PCLs可以在14天內(nèi)降解為低聚物，并通過四嵌段雜化聚合物保護的酶編程降解為6-羥基己酸（6-HA），有效減少MPs的有害影響。如圖2b所示，傷口愈合過程中，E-PCLs在14天內(nèi)可完全降解，有效減少炎癥反應，支持細胞增殖，并促進無疤痕皮膚組織再生。
圖3. E-PCL納米纖維支架的降解性能和降解產(chǎn)物的表征
研究人員采用微流控靜電紡絲技術(shù)制備了不同酶濃度的E-PCL纖維支架（圖3a）。隨著酶濃度的增加，E-PCL的水接觸角從122.22°降至13.59°，表明其表面親水性增強。所有E-PCL纖維在PB溶液中均表現(xiàn)出自降解特性，特別是E-PCL0.2、E-PCL0.5和E-PCL1分別在72 h、24 h和12 h內(nèi)幾乎完全降解（圖3b）。E-PCL0.2在不同pH模擬傷口表面表現(xiàn)出優(yōu)異的降解效果（圖3c），且在皮下植入120天后顯著降解（圖3d）。另外，E-PCL0.2、E-PCL0.5和E-PCL1在12 h的重量保持率分別為67.47%、26.59%和0%（圖3e），且樣品的pH值隨質(zhì)量損失呈下降趨勢（圖3f），表明產(chǎn)生了酸性副產(chǎn)物。降解殘留物中，E-PCL1幾乎沒有PCL特征峰（圖3g），證明微塑料生成量極低。圖3h顯示，E-PCL0.2降解產(chǎn)物分子量小于2000，避免了微塑料殘留問題。此外，E-PCL1的降解溶液在72 h的質(zhì)譜結(jié)果顯示存在單體、二聚體和三聚體，表明其降解模式為程序性降解（圖3i）。此外，所有E-PCL樣品在100 μg/mL濃度下對細胞無毒，表現(xiàn)出良好的生物相容性（圖3j）。相比之下，微塑料對細胞活力的影響為69.51%，具有潛在風險，提示應避免在傷口愈合中生成微塑料。
圖4. E-PCL對傷口愈合的影響
圖4a表明，E-PCLs能隨著傷口的愈合而逐漸降解，促進無疤痕皮膚生成。體內(nèi)實驗表明，E-PCLs處理的傷口愈合效果優(yōu)于對照（圖4b）。圖4c顯示，E-PCL0.2的愈合效率為71.36%，E-PCL0.5為76.59%，E-PCL1超過81%，顯著優(yōu)于PCL組（51.48%）和陰性對照組（71.19%）。圖4d表明，E-PCL組在第21天表現(xiàn)出較少的疤痕形成，E-PCL0.2、E-PCL0.5和E-PCL1組的無疤痕皮膚面積分別達到93.41%、97.50%和99.02%。E-PCLs的優(yōu)異效果與其良好的降解能力密切相關(guān)。圖4e顯示，E-PCLs組的降解速度明顯高于PCL組，E-PCL0.2在7天后仍保持纖維結(jié)構(gòu)，而E-PCL0.5和E-PCL1已完全降解。過慢的降解可能導致PCL組的外源反應和疤痕形成。此外，圖4f和4g表明，E-PCLs的降解產(chǎn)物能夠在48 h內(nèi)促進細胞遷移，愈合率達到44.69%。此外，E-PCL1的降解產(chǎn)物顯著增強了細胞內(nèi)的超氧化物歧化酶活性，減少了細胞氧化損傷，促進了細胞遷移，加速了傷口愈合。
圖5. E-PCL促進傷口無疤痕愈合的機制分析
圖5a表明，E-PCL1組相比PCL組有更多的CD31陽性區(qū)域，提示微血管生成最多。圖5b顯示，E-PCL1組顯著減少了炎癥反應，而PCL組和對照組則顯示更多炎癥細胞。圖5c則顯示，E-PCL1組在第21天膠原蛋白沉積更強，有助于組織修復。圖5d表明，E-PCL1在第7天促進了血管生成，但在第21天相比PCL組和對照組，表現(xiàn)出更少的纖維化，表明其可以在早期促進血管生成，并在后期防止過度纖維化，支持無疤痕愈合。圖5e顯示，E-PCL1組的微血管密度明顯高于對照組和PCL組，促進了血管生成。此外，圖5f顯示，E-PCL1組的中性粒細胞數(shù)量較少，圖5g則表明在傷口愈合早期，其有效轉(zhuǎn)化巨噬細胞為M2型，減少炎癥反應。圖5h顯示，E-PCL1組的I型與III型膠原蛋白比例更接近正常皮膚，表面疤痕形成減少。圖5i說明，E-PCL1抑制了過度的成纖維細胞分化，防止了纖維化和疤痕的形成。綜上，E-PCL1通過促進血管生成、減輕炎癥反應、調(diào)節(jié)膠原蛋白沉積和防止過度纖維化，展示了成為無疤痕傷口愈合治療材料的巨大潛力。
結(jié)論
研究人員開發(fā)了一種新型的自降解傷口敷料，旨在促進無疤痕的皮膚組織再生。通過微流控靜電紡絲技術(shù)制備的E-PCL納米纖維支架，具有可控的降解速率。此外，PCL通過酯鍵斷裂產(chǎn)生的酸性降解產(chǎn)物具有無毒和抗菌特性，能夠為傷口愈合提供理想的微環(huán)境。在體內(nèi)，E-PCL1可在14天，并在第7天愈合率為81%，第14天和第21天分別達99%和100%，并且第21天形成了近乎無疤痕的皮膚再生。該敷料的優(yōu)勢在于它穩(wěn)定了皮膚的酸性環(huán)境，生成了具有生物活性的降解產(chǎn)物，減少了多余細胞外基質(zhì)的積累。這一過程能促進血管生成、減輕炎癥反應、調(diào)節(jié)膠原蛋白沉積，并避免過度纖維化，從而支持無疤痕的皮膚再生。因此，適宜降解速率、降解產(chǎn)物無毒以及避免微粒殘留對傷口愈合無疤痕愈合至關(guān)重要?？煽氐拿肛撦d自降解傷口敷料為再生醫(yī)學和臨床應用提供了新的解決方案，并為無疤痕愈合材料的開發(fā)開辟了新方向。
文章鏈接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202501053
來源：高分子科學前沿
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