SIS生物材料来源动物小肠粘膜下层组织,主要由各种类型的胶原蛋白、糖胺聚糖、粘附分子和生长因子(如转化生长因子-β(TGF-β)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和血管内皮生长因子(VEGF))组成,这些成分在组织再生中发挥着关键作用。SIS具有良好的生物相容性、生物活性、亲水性和低免疫原性,已被广泛应用于细胞培养基质、外科手术补片、组织工程支架、引导组织再生膜和创面敷料等领域。
SIS中的胶原分子可以在37°C的影响下自组装并凝聚成三维网络水凝胶,即SIS水凝胶。因SIS水凝胶的结构和生物活性可以针对所需的应用进行精细调整,被广泛用于促进受损组织的再生。
图为:文章首页
在本研究中,研究人员设计了一种基于SIS的新型机械活性水凝胶敷料(SIS-PNIPAm),它包含SIS和热响应聚合物PNIPAm。加入偶联剂后,SIS-PNIPAm水凝胶能有效粘附皮肤,并能在体温下自发收缩,带动伤口边缘向中心移动。同时,SIS中的活性成分能够有效促进血管生成,调节巨噬细胞向抗炎M2表型极化,促进创面愈合。
图为: SIS-PNIPAm水凝胶的合成、机械活性和生物活性(血管生成和免疫调节)示意图
该研究已被生物医用材料领域权威期刊《Journal of Materials Chemistry B》收录,影响因子7.0,文章标题《Mechanically active small intestinal submucosa hydrogel for accelerating chronic wound healing》。
图为:(A)L929细胞经各种水凝胶浸提液处理后的增殖和(B)活/死染色;(C)HUVECs在不同浸提液中的迁移和(D)修复区域的相应定量分析;(E)HUVECs体外小管形成及相应的小管总长度的定量分析;(F)RT-qPCR分析VEGF基因在HUVECs中的表达。
图为:巨噬细胞(A)iNOS和(B)CD206表达的免疫荧光染色;RT-qPCR分析巨噬细胞中(C)IL-6、(D)TNF-α、(E)IL-10和(F)CD206基因的表达。
体外实验表明,与G(明胶)-PNIPAm和TCPs组相比,SIS-PAAm/SIS-PNIPAm材料均可促进HUVECs细胞迁移,促进网状结构中小管形成,其总血管长度更长,并促进Ang-1、VEGF和VEGF- R2基因表达。同时,可以诱导M1型巨噬细胞向M2表型分化,抑制促炎相关蛋白IL-6/TNF-α的表达,促进抑炎相关蛋白IL-10/CD206的表达。
图为:糖尿病大鼠全层创面模型示意图;(B)创面愈合的宏观图像和(C)11天内创面剩余百分比;(D)第11天创面切片H&E染色。
图为:(A)示意图为第3天用于RT-qPCR的创面组织;RT-qPCR分析(B)VEGF、(C)TGF-β、(D)IL-1β、(E)IL-6、(F)IL-4、(G)L-10基因表达;(H)皮肤创面组织细胞核(蓝色)、F4/80(绿色)和CD163(红色)免疫荧光图像。
经研究发现,在水凝胶收缩与SIS活性成分的共同作用下,SIS-PNIPAm组大鼠在治疗11天后创面愈合率最高,高达96.5%。研究人员于Day 3进行创面微环境分析:SIS-PNIPAm可促进愈合相关VEGF、TGF-β的表达,促进抑炎相关IL-4、IL-10的表达,抑制促炎IL-1β、IL-6的表达,促进巨噬细胞向M2表型(CD206+)分化。
结论:在本研究中,研究人员设计了一种新型的生物活性和机械活性水凝胶敷料SIS-PNIPAm,它能有效地粘附在皮肤上,并能在体温下自发收缩皮肤伤口。这种SIS-PNIPAm水凝胶具有良好的生物相容性、促进血管生成和免疫调节作用。在糖尿病大鼠全层创面模型上进行SIS-PNIPAm水凝胶的体内评价,在无任何药物和生长因子的情况下,创面愈合过程明显加快。与明胶基水凝胶相比,SIS水凝胶能够有效促进血管生成,抑制炎症,促进糖尿病创面愈合。我们相信,这种具有机械活性和生物活性的SIS-PNIPAm水凝胶将是一种理想的慢性伤口愈合候选材料。
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