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  慢性化膿性中耳炎和中耳膽脂瘤是耳科常見(jiàn)病和多發(fā)病，其治療原則為抗感染、暢引流、去病因，但臨床上手術(shù)治療后仍存在因中耳-乳突骨質(zhì)缺失、難治性細(xì)菌生物膜生成及組織微環(huán)境長(zhǎng)期高水平炎癥而導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)，進(jìn)而影響聽(tīng)力的問(wèn)題。因此，如何同時(shí)高效消除潛藏機(jī)會(huì)致病菌、控制炎癥并有效修復(fù)中耳-乳突骨質(zhì)缺損是一項(xiàng)亟需解決且具有挑戰(zhàn)性的難題。

  近期，廣州市紅十字會(huì)醫(yī)院于鋒教授團(tuán)隊(duì)與廣東省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程研究所郭會(huì)龍副研究員課題組合作設(shè)計(jì)了一款動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)ROS響應(yīng)型可注射水凝膠，用于修復(fù)中耳-乳突炎癥狀態(tài)下的骨質(zhì)缺損。該水凝膠的動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以苯硼酸接枝的海藻酸鈉（Alg-PBA）為支點(diǎn)，動(dòng)態(tài)交聯(lián)單寧酸還原的銀納米粒子(TA@Ag NPs)和多巴胺修飾的透明質(zhì)酸(HA-DA)共同構(gòu)建組裝。兼具良好的可注射性、組織粘附性、自愈性及ROS響應(yīng)性藥物釋放性能，使其經(jīng)注射可填充并粘附在不同形狀的組織缺損部位而不受外力破壞，并適應(yīng)組織運(yùn)動(dòng)，具備良好的組織自適應(yīng)性。并且該水凝膠可及時(shí)招募并極化巨噬細(xì)胞加速誘導(dǎo)骨愈合免疫反應(yīng)，能夠減少中耳乳突缺損區(qū)域纖維化的形成。此外，水凝膠具有優(yōu)良的生物相容性、抗菌和抗氧化性能，通過(guò)高效殺滅潛藏機(jī)會(huì)致病菌、降低活性氧水平并調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞M2極化，有效減輕中耳生態(tài)環(huán)境中的炎癥反應(yīng)，響應(yīng)性調(diào)控感染后受損組織內(nèi)部的免疫微環(huán)境，從而顯著促進(jìn)感染性中耳-乳突骨組織缺損后的再生修復(fù)。綜合展現(xiàn)出該水凝膠作為一種先進(jìn)的功能性填充材料，應(yīng)用在中耳-乳突炎癥下缺損骨質(zhì)再生并高效抗菌領(lǐng)域的優(yōu)越性。

  該工作以“ROS-responsive Adaptive Injectable Hydrogel Promoting Inflammatory Mastoid Bone Repair through Efficient Sterilization and Regulating Oxidative Stress and Macrophage Phenotype”為題發(fā)表在《Materials Today Bio》上。該工作得到了廣州市臨床高新技術(shù)項(xiàng)目、廣州市學(xué)校（高等）和企業(yè)聯(lián)合資助項(xiàng)目、廣東省科學(xué)院發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目等的支持，暨南大學(xué)廣州紅十字會(huì)醫(yī)院陳藝文博士、林穎副主任醫(yī)師、暨南大學(xué)廣州紅十字會(huì)醫(yī)院與廣東省科學(xué)院生醫(yī)所聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生柳澤洋為論文的共同第一作者，暨南大學(xué)廣州紅十字會(huì)醫(yī)院于鋒教授及廣東省科學(xué)院生醫(yī)所郭會(huì)龍副研究員為論文的共同通訊作者。

  此前，郭會(huì)龍副研究員課題組已通過(guò)組織粘附兒茶酚基團(tuán)及ROS響應(yīng)動(dòng)態(tài)鍵的分子設(shè)計(jì)，研究了多種調(diào)控組織微環(huán)境、促進(jìn)組織再生的適配響應(yīng)性材料。（ACS Materials Lett. 2023, 5, 3142?3155；Chem Mater 2022, 34, 2655-2671；ACS Appl Mater Inter 2021, 13, 61638-61652；European Polymer Journal 2025, 225, 113723）。本研究工作是郭會(huì)龍課題組與于鋒教授團(tuán)隊(duì)合作基于微環(huán)境調(diào)控可注射水凝膠在中耳-乳突炎性缺損修復(fù)領(lǐng)域的新應(yīng)用。

圖1. 水凝膠的制備：（a） 多巴胺修飾的 HA 形成存在兒茶酚基團(tuán)的 HA-DA;通過(guò)接枝海藻酸鈉并通過(guò)原位還原單寧酸制備納米銀顆粒，合成了具有苯硼酸基團(tuán)的 Alg-PBA;（b） 然后將 TA@Ag NPs 摻入 HA-DA/Alg-PBA 水凝膠基質(zhì)中，以產(chǎn)生最終的 ROS 敏感動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)水凝膠。

  采用宏觀黏附試驗(yàn)和新鮮豬皮搭接拉伸試驗(yàn)考察兒茶酚基團(tuán)引入后水凝膠的組織黏附性能。水凝膠在手指腹面或背面皮膚均具有良好的粘附特性，該水凝膠團(tuán)不僅能粘附在手指皮膚表面，而且能很好地適應(yīng)手指的運(yùn)動(dòng)，無(wú)論手指伸直還是彎曲，水凝膠都能保持原來(lái)的粘附狀態(tài)。由于慢性化膿性中耳炎和中耳膽脂瘤造成的中耳病理環(huán)境中會(huì)有較多的活性氧，因此水凝膠網(wǎng)絡(luò)ROS響應(yīng)性動(dòng)態(tài)苯硼酯鍵可實(shí)現(xiàn)組織微環(huán)境微環(huán)境響應(yīng)性藥物釋放。由圖2d-2g的研究可知，水凝膠在活性氧的環(huán)境中會(huì)響應(yīng)性降解，釋放TP@AgNPs。

圖2.水凝膠的組織粘性特性和水凝膠的 ROS 響應(yīng)性。（a） 水凝膠團(tuán)塊粘附良好，能適應(yīng)手指皮膚的形狀;（b） HA-DA/Alg-PBA/TA@Ag NPs 水凝膠在水中對(duì)豬的皮膚不同側(cè)面表現(xiàn)出優(yōu)異的粘附性;（c） 記錄水凝膠中的凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變;（d） 水凝膠的 Ag⁺累積釋放曲線;（e） 含或不含 Ag NPs 的水凝膠在 PBS 和 0.3 mM H2O2 中的降解;（f）不同情況下水凝膠的 ROS 響應(yīng)溶脹反應(yīng);（g） 使用宏觀和微觀掃描電子顯微鏡說(shuō)明活性氧 （ROS） 敏感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的微觀形態(tài)的圖表。（*p<0.05，** p<0.01，n=3）。

  由圖3的研究可知，水凝膠在體外具備優(yōu)異的生物相容性、抗菌和抗氧化能力測(cè)試。水凝膠中TP@Ag NPs可使其殺滅97.85 %的S. aureus 和 99.10%的E. coli。如圖4a&b所示，水凝膠對(duì)巨噬細(xì)胞向M2極化有顯著促進(jìn)作用。結(jié)果如（圖4c、e）所示，經(jīng)LPS刺激后，MSCs在HA-DA/Alg-PBA/TA@Ag NPs上清液中孵育后顯示出面積最大且染色最深的礦化結(jié)節(jié)。說(shuō)明水凝膠對(duì)MSCs細(xì)胞成骨的起明顯的促進(jìn)作用。

圖3.水凝膠的生物相容性、抗菌和抗氧化能力測(cè)試。（a） 48 小時(shí)的活/死評(píng)估照片記錄;（b） 48 小時(shí)活/死測(cè)試的統(tǒng)計(jì)分析;（c） 第 1 、 3 和 7 天的 CCK-8 分析結(jié)果;（d） 水凝膠的溶血行為;（e） 細(xì)菌鋪板和定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果;（f） 水凝膠的 DPPH 清除結(jié)果;（g） TA@Ag NP 的 DPPH 清除結(jié)果;（h） ROS 的熒光定量統(tǒng)計(jì);（i） 活性氧測(cè)定圖像 （*p<0.05，** p<0.01，n=3）。

圖4。水凝膠體外促巨噬細(xì)胞極化后促成骨功效。 （a）體外巨噬細(xì)胞極化熒光雙染色和（b）M1指標(biāo)iNOS和M2指標(biāo)PPARγ的定量分析； （c和d）成骨作用的半定量分析； （e）由RAW264.7細(xì)胞促進(jìn)的MSC的成骨活性； （*p＜0.05，** p ＜0.01，n = 3）。

  水凝膠中TP@AgNPs的響應(yīng)性釋放可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞M2極化，以減少炎癥反應(yīng)，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)體內(nèi)研究，該水凝膠經(jīng)注射可充分填充和粘附在中耳-乳突不規(guī)則骨缺損的傷口內(nèi)部，并通過(guò)高效的抗菌、抗炎、抗氧化、促進(jìn)血管形成和促新骨生成，在體內(nèi)顯著加快實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中耳-乳突感染缺口的愈合進(jìn)程。如圖5—圖8所示：

圖5。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)巨噬細(xì)胞極化能力的時(shí)間表。 （a）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)間表的圖； （b）體內(nèi)巨噬細(xì)胞極化熒光雙染色； （c）M1標(biāo)志物CD86和M2標(biāo)志物CD206的定量分析； （d）骨再生的多角度定量統(tǒng)計(jì)（*p ＜0.05，** p ＜0.01，n = 3）。

圖6.中耳乳突骨再生的 Micro-CT 評(píng)估。（a） 二維成像和多角度三維重建;（b） 骨密度，（c） 骨體積/組織體積，以及 （d） 骨小梁厚度定量統(tǒng)計(jì) （*p<0.05，** p<0.01，n=3）。（刻度為 1 mm）

圖7.體內(nèi)成骨和血管生成。（a） 體內(nèi)成骨的免疫熒光評(píng)估;（b） 成骨指標(biāo) OCN 的定量統(tǒng)計(jì);（c） 成血管細(xì)胞指標(biāo) CD31 的定量統(tǒng)計(jì);（d） 體內(nèi)血管生成的免疫熒光評(píng)估 （*p<0.05，** p<0.01，n=5）。

圖8.第 63 天的 H&E 和 Masson 三色染色分析（白色三角形表示成骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞前體細(xì)胞的分布，黑色箭頭表示新生血管形成的分布）

  綜上所述，本研究成功開(kāi)發(fā)出一款可注射的ROS響應(yīng)型水凝膠，用于修復(fù)中耳-乳突炎癥狀態(tài)下的組織缺損。該材料兼具良好的組織粘附性和自愈性，依靠其ROS響應(yīng)特性及時(shí)招募并極化M2型巨噬細(xì)胞并加速誘導(dǎo)骨愈合免疫反應(yīng)，從而減少中耳-乳突缺損區(qū)域內(nèi)纖維化的形成。水凝膠中大量的兒茶酚基團(tuán)和對(duì)ROS敏感的硼酸酯鍵之間協(xié)同作用可有效清除免疫微環(huán)境內(nèi)多余的活性氧，提高中耳生態(tài)的抗氧化能力，同時(shí)TA@Ag NPs的響應(yīng)性釋放能高效發(fā)揮水凝膠的抗菌、抗炎作用。在研究的中耳-乳突炎癥狀態(tài)下組織缺損的模型中，水凝膠通過(guò)輕松注射可充分填充聽(tīng)泡并粘附于不規(guī)則的創(chuàng)口內(nèi)面，因具備剪切變稀和自愈合特性完成其對(duì)缺口形狀適應(yīng)、分布均勻且性能穩(wěn)定的填補(bǔ)。在深入受損組織內(nèi)部細(xì)小間隙高效殺菌后，可扭轉(zhuǎn)缺損區(qū)域缺血缺氧的免疫微環(huán)境，減輕炎癥的同時(shí)促進(jìn)血管形成和骨質(zhì)膠原沉積再生，因此可顯著加快實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中耳-乳突感染缺口的愈合進(jìn)程。

  原文鏈接https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101856