近日，北京化工大学材料学院的徐福建教授/李杨副教授团队在《Advanced Materials》上发表了题为“Naturally Inspired Tree-Ring Structured Dressing Provides Sustained Wound Tightening and Accelerates Closure”的研究论文。
皮肤是保护机体免受外界环境伤害的第一道物理屏障。皮肤损伤会导致出血和疼痛，并增加感染的风险。因此，及时的伤口护理对于加速伤口愈合和减轻患者心理负担至关重要。敷料通过提供一个临时的物理屏障，将伤口与外部环境隔离并填补伤口缺损，从而加速伤口愈合和组织再生。水凝胶因其高含水量、出色的细胞亲和性、可调的物理性质和机械刚度而成为伤口敷料的理想候选材料。它们不仅能提供湿润的环境，还能调节伤口的机械力，促进伤口的修复和再生。迄今为止，已开发出许多功能性水凝胶，可消除伤口炎症因子或杀死细菌，恢复正常愈合过程，输送生物活性因子（如生长因子、氧气和细胞），促进成纤维细胞、角质细胞和内皮细胞来实现胶原沉积、再上皮化和血管再生。不过，以生物化学方式调节伤口微环境的材料也成本高昂、制备复杂，而且由于涉及患者的新陈代谢，可能会带来一些不良后果。在这些策略中，收缩水凝胶敷料可产生收缩应力，将伤口向内拉。这种机械信号通过细胞外基质（ECM）和细胞外液传递给细胞，从而触发进一步的信号级联来调节组织重塑。研究表明，机械力可以调节伤口的机械微环境，促进细胞增殖、胶原沉积和血管生成。作为一种非药物、非侵入性的主动干预策略，这种机械调节疗法具有广阔的应用前景。机械调节型伤口敷料需要合理地整合收缩和粘附功能，并平衡渗液引起的溶胀问题。然而，许多已报道的敷料都面临着功能受损和吸液溶胀导致伤口自我收缩受阻的困境。该研究受圆形结构和独立分布功能的树木年轮的启发，设计了一种核-环结构水凝胶伤口敷料，核部分和环部分分别承担收缩和粘附功能。核部分是收缩力的来源，响应体温发生从亲水向为疏水转变。核与环紧密相连，这是收缩力传递到环的基础。环能牢固地粘附在表皮上，并通过收缩力最终实现对伤口边缘的持续牵引。在体内伤口模型中，这种持续有效的收缩力能在调节胶原沉积、血管成熟和ECM重塑方面发挥重要作用。小鼠和猪皮肤伤口模型验证了这种治疗策略的有效性。
图1.具有机械调节功能的核环水凝胶敷料促进皮肤伤口修复示意图。
图2.核水凝胶的表征。
图3.环水凝胶以及连接层的表征。
图4.核环水凝胶的体外皮肤伤口收缩实验和生物相容性。
图5.核环水凝胶在小鼠皮肤全层缺损伤口模型中的治疗。
图6.小鼠皮肤伤口的组织学评估。
图7.转录组学分析。
图8.核环水凝胶在小猪全层缺损伤口模型中的治疗。
图9.小猪皮肤伤口的组织学评估。
在这项工作中，研究者采用简单、高效的光聚合方法制备出了一种具有核-环结构的机械活性水凝胶伤口敷料。核和环的巧妙设计同时实现了伤口边缘粘附、收缩拉动伤口闭合和抗肿胀功能。利用多种体内外模型进行验证，表明这种由生物启发、结构独特的水凝胶对伤口愈合具有有益的治疗效果。转录组分析表明，这种收缩力有助于ECM结构重建、胶原沉积和血管成熟。使用猪模型进行的临床前验证表明，这是一种实用的伤口管理方法，具有巨大的临床转化和应用潜力。北京化工大学博士生陈鸿圭为论文第一作者，北京化工大学徐福建教授和李杨副教授为本文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金和北京高校卓越青年科学家计划的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202410845
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