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北科大溫永強(qiáng)/杜宏武教授和北大人民醫(yī)院張培訓(xùn)教授 AFM：多功能DNA水凝膠增強(qiáng)脂肪干細(xì)胞的干性激活免疫通路引導(dǎo)燒傷創(chuàng)面再生
2022-09-07  來源：高分子科技

  根據(jù)世界衛(wèi)生組織的不完全統(tǒng)計(jì)，全世界每年估計(jì)有18萬人死于燒傷。3級(jí)燒傷是一種并非完全靜態(tài)的傷害。由熱損傷引起的蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致燒傷早期組織丟失，有毒炎癥介質(zhì)很快就會(huì)激活產(chǎn)生氧自由基，直接加重?zé)齻麄趬乃。壞死區(qū)域也會(huì)影響從正常組織到壞死組織的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致更大的受損區(qū)域。此外，由于高代謝，燒傷患者的免疫力降低，感染風(fēng)險(xiǎn)增加，這導(dǎo)致燒傷傷口進(jìn)一步感染和惡化。燒傷患者的主要臨床特征是大量滲出物、促持續(xù)炎癥、劇烈疼痛和瘙癢、自由基生成、潰瘍、周圍神經(jīng)病變和體重減輕。臨床上治療燒傷的主要方式是植皮，但是不能全面解決燒傷癥狀。此外，由于臨床敷料功能單一，不能滿足當(dāng)前多樣化的傷口需求。因此，燒傷傷口的治療仍然是再生醫(yī)學(xué)所面臨的難題。



  北京科技大學(xué)溫永強(qiáng)教授、杜宏武教授與北京大學(xué)人民醫(yī)院張培訓(xùn)教授等人通過動(dòng)態(tài)交聯(lián)DNA單元、聚丙烯酰胺和L-抗壞血酸2-磷酸鹽（L-A2P）形成致密氫鍵，可以方便地獲得多功能DNA水凝膠體系，如圖1所示。DNA水凝膠系統(tǒng)中摻雜了冰片，可緩解疼痛和瘙癢。獲得的DNA水凝膠為干細(xì)胞的生長(zhǎng)和發(fā)育提供了類似于細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，維持細(xì)胞活力，并在合適的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)完美釋放。并且，藥理學(xué)傷口敷料外殼具有優(yōu)異的機(jī)械性能、組織粘附性和抗菌性能。除此之外，多功能DNA水凝膠集成系統(tǒng)可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化、血管生成和神經(jīng)發(fā)生。該系統(tǒng)通過神經(jīng)免疫相互作用調(diào)節(jié)病理性疼痛和瘙癢。此外，該系統(tǒng)激活PI3K-Akt信號(hào)通路，有助于增強(qiáng)和促進(jìn)組織再生。因此，先進(jìn)的DNA水凝膠集成系統(tǒng)開啟了燒傷創(chuàng)面有效綜合治療的級(jí)聯(lián)模式，有助于進(jìn)一步推動(dòng)臨床轉(zhuǎn)化機(jī)制的深入研究。該研究以題為“Multifunctional DNA Hydrogel Enhances Stemness of Adipose-Derived Stem Cells to Activate Immune Pathways for Guidance Burn Wound Regeneration”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。


圖1. 水凝膠的制備、藥理外殼制備、促進(jìn)燒傷傷口愈合機(jī)理示意圖。


  作者建立了3級(jí)燒傷傷口模型，觀察燒傷膏、M-pH-L-DNA gels/b、M-pH-L-DNA gels-A/b的傷口愈合情況。在0到18天對(duì)小鼠的傷口進(jìn)行攝影監(jiān)測(cè)。燒傷膏組在前幾天表現(xiàn)出愈合趨勢(shì)，但是由于本身沒有抗菌性導(dǎo)致再次染菌引發(fā)潰爛。治療18天后，第4組傷口基本完全愈合，然而，其他組的傷口沒有完全閉合。這是由于水凝膠敷料提供了吸收大量組織液性能、本身固有抗菌性和負(fù)載的干細(xì)胞，為傷口愈合提供了完美的環(huán)境。與其他組相比，第4組主要以遷移的方式愈合。


圖2. 燒傷傷口愈合示意圖。


  皮膚主要包括表皮和真皮，表層包括角質(zhì)形成細(xì)胞，其增殖始于基底層并可支持皮膚穩(wěn)態(tài)。真皮主要由成纖維細(xì)胞組成。傷口愈合的速度與完整性和協(xié)調(diào)性密切相關(guān)。因此，引導(dǎo)傷口再生所需的多功能敷料應(yīng)考慮這些成分的作用。為了進(jìn)一步探索多功能敷料如何加速傷口愈合，作者將材料與不同細(xì)胞，例如角質(zhì)形成細(xì)胞（JB6，來自mic表皮）、成纖維細(xì)胞（L929，來自正常皮下乳和脂肪組織）、人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）、RAW 264.7、和神經(jīng)細(xì)胞（RSC），共培養(yǎng)后進(jìn)行基因測(cè)序。如圖3所示，材料能夠激活激活PI3K-Akt信號(hào)通路，促進(jìn)組織再生。


圖3. 水凝膠敷料傷口愈合機(jī)理圖。


  總結(jié)：作者成功開發(fā)了一種多功能DNA水凝膠，以促進(jìn)燒傷傷口愈合和再生。DNA水凝膠整合系統(tǒng)敷料為干細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)和分化提供了類似于體內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的溫床載體。細(xì)胞學(xué)、組織學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明，DNA水凝膠整合系統(tǒng)具有促進(jìn)傷口愈合、血管再生和神經(jīng)再生的特征。另外，DNA水凝膠整合系統(tǒng)敷料可以激活PI3K-Akt信號(hào)通路，進(jìn)一步增強(qiáng)組織再生。為再生醫(yī)學(xué)深入研究提供了基礎(chǔ)保障。
感謝國家自然基金委和北京科技大學(xué)基金支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202207466

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（責(zé)任編輯：xu）
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