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背景及目的:
对于糖尿病伤口来说,伤口愈合是一个十分漫长且复杂的过程,而成纤维细胞生长因子在促进细胞增殖及组织修复方面有明显的效果,但是由于生长因子稳定性差、生物利用度低等原因,并不能更好地发挥作用。因此,我们通过制备一种温敏性水凝胶肝素泊洛沙姆(HP),将人重组成纤维细胞生长因子21(rhFGF21)包载于其中,形成一种缓释系统,作为敷料应用于糖尿病小鼠皮肤损伤模型,直接在动物上在体进行皮肤创面愈合的研究。本研究旨在对未来开发能促进糖尿病伤口愈合的新方法提供一种有一定参考价值的思路。
方法:
用“夹心冷法”将rhFGF21加入我们自主合成的材料肝素泊洛沙姆水凝胶中,得到rhFGF21-HP水凝胶,并对其温敏性、释放率和微观形态结构进行了测定。
为了进一步评价此水凝胶在皮肤损伤上的修复效果,本课题组先以C57BL/6小鼠建立二型糖尿病模型。6-7周龄的雄性C57BL/6小鼠,用60%的高脂饲料喂养70天后,以低剂量(35mg/kg)连续5天给小鼠注射STZ,再用上述高脂饲料喂养7天后,且一直监测小鼠血糖水平。小鼠血糖稳定在16mmol/L及以上,则认为二型糖尿病小鼠模型造模成功。
在上述成功的二型糖尿病模型小鼠中,选取28只,随机分成4组,建立小鼠背部的皮肤全层切除模型,28只小鼠通过4%水合氯醛(0.01ml/g)进行腹腔注射麻醉之后,清除背部多余毛发,然后将专门定制的硅胶环(外径16mm,内径8mm,厚度0.5mm)用6-0尼龙缝合线将硅胶环缝合在小鼠背部中线任一侧的皮肤上,再用6mm直径的圆形打孔器制备两个皮肤全层切除的伤口。
这4组分别是生理盐水组、材料组(HP)、游离成纤维细胞生长因子组(rhFGF21)和肝素泊洛沙姆包载rhFGF21组(rhFGF21-HP),每个皮肤创面单剂量给药(2μg生长因子/10μl)。在皮肤创面处给予不同药物治疗之后,分别在0、4、7、11、14、17天统计创面面积大小,并计算创面愈合率,其中创面愈合率(%)=(初始创面面积大小-不同取材日创面面积大小)/初始创面面积大小×100%。在第7天时每组处死3只老鼠,第17天时对剩下的动物进行处死,然后取背部伤口周围皮肤组织包埋切片后用于组织学评价。根据HE染色、马松三色染色结果来评价损伤部位组织形态变化和胶原的生成情况;根据免疫组化染色结果来评价组织中细胞角蛋白、I型胶原蛋白和III型胶原蛋白的表达;根据免疫荧光染色结果来评价新生血管(CD31)的再生情况。
结果:
1.根据体外实验结果可知,本实验制备的水凝胶有良好的温敏性,且通过扫描电镜,可以观察到此水凝胶具有3D网状结构,有利于包载生长因子并实现其释放。通过释放度实验可以表明,rhFGF21-HP水凝胶可以持续释放近11天。
2.根据体内实验结果可以表明,rhFGF21-HP水凝胶在4、7、11、14和17天时均显示出最高的伤口愈合率,其他组愈合率以降序排列为:游离rhFGF21组、单纯材料HP组和生理盐水组。这些结果显示在糖尿病伤口愈合的早期,rhFGF21与HP的协同作用可以更有效地促进糖尿病伤口的愈合。
3.根据HE染色和马松三色染色结果显示,rhFGF21-HP水凝胶组可以更好地增强肉芽组织形成和提高胶原的沉积。
4.根据免疫组化染色结果可知,rhFGF21-HP水凝胶可以更好地增加细胞角蛋白、I型胶原蛋白和III型胶原蛋白的表达,进而促进皮肤伤口再上皮化和增强胶原蛋白的沉积,改善糖尿病伤口的愈合。
5.根据免疫荧光染色结果可知,rhFGF21-HP水凝胶组可以更多地增加损伤处新生血管的表达及生成。
结论:
将rhFGF21包载于肝素泊洛沙姆中,可以缓慢释放出rhFGF21,更好地发挥rhFGF21的治疗作用。体内实验进一步表明,在小鼠糖尿病皮肤伤口模型中,相比于单独使用成纤维细胞生长因子溶液,rhFGF21-HP水凝胶在促进伤口闭合,增加肉芽组织形成和胶原沉积、促进再上皮化和新生血管生成等方面均表现出卓越的治疗效果。这些结果说明rhFGF21对糖尿病伤口的愈合有积极意义,且rhFGF21-HP水凝胶可作为一种伤口敷料在糖尿病皮肤创伤模型中有显著改善创面修复的效果,这可能对未来开发更多更好的包含生长因子类的创伤敷料供于糖尿病伤口愈合提供一定的参考依据。
对于糖尿病伤口来说,伤口愈合是一个十分漫长且复杂的过程,而成纤维细胞生长因子在促进细胞增殖及组织修复方面有明显的效果,但是由于生长因子稳定性差、生物利用度低等原因,并不能更好地发挥作用。因此,我们通过制备一种温敏性水凝胶肝素泊洛沙姆(HP),将人重组成纤维细胞生长因子21(rhFGF21)包载于其中,形成一种缓释系统,作为敷料应用于糖尿病小鼠皮肤损伤模型,直接在动物上在体进行皮肤创面愈合的研究。本研究旨在对未来开发能促进糖尿病伤口愈合的新方法提供一种有一定参考价值的思路。
方法:
用“夹心冷法”将rhFGF21加入我们自主合成的材料肝素泊洛沙姆水凝胶中,得到rhFGF21-HP水凝胶,并对其温敏性、释放率和微观形态结构进行了测定。
为了进一步评价此水凝胶在皮肤损伤上的修复效果,本课题组先以C57BL/6小鼠建立二型糖尿病模型。6-7周龄的雄性C57BL/6小鼠,用60%的高脂饲料喂养70天后,以低剂量(35mg/kg)连续5天给小鼠注射STZ,再用上述高脂饲料喂养7天后,且一直监测小鼠血糖水平。小鼠血糖稳定在16mmol/L及以上,则认为二型糖尿病小鼠模型造模成功。
在上述成功的二型糖尿病模型小鼠中,选取28只,随机分成4组,建立小鼠背部的皮肤全层切除模型,28只小鼠通过4%水合氯醛(0.01ml/g)进行腹腔注射麻醉之后,清除背部多余毛发,然后将专门定制的硅胶环(外径16mm,内径8mm,厚度0.5mm)用6-0尼龙缝合线将硅胶环缝合在小鼠背部中线任一侧的皮肤上,再用6mm直径的圆形打孔器制备两个皮肤全层切除的伤口。
这4组分别是生理盐水组、材料组(HP)、游离成纤维细胞生长因子组(rhFGF21)和肝素泊洛沙姆包载rhFGF21组(rhFGF21-HP),每个皮肤创面单剂量给药(2μg生长因子/10μl)。在皮肤创面处给予不同药物治疗之后,分别在0、4、7、11、14、17天统计创面面积大小,并计算创面愈合率,其中创面愈合率(%)=(初始创面面积大小-不同取材日创面面积大小)/初始创面面积大小×100%。在第7天时每组处死3只老鼠,第17天时对剩下的动物进行处死,然后取背部伤口周围皮肤组织包埋切片后用于组织学评价。根据HE染色、马松三色染色结果来评价损伤部位组织形态变化和胶原的生成情况;根据免疫组化染色结果来评价组织中细胞角蛋白、I型胶原蛋白和III型胶原蛋白的表达;根据免疫荧光染色结果来评价新生血管(CD31)的再生情况。
结果:
1.根据体外实验结果可知,本实验制备的水凝胶有良好的温敏性,且通过扫描电镜,可以观察到此水凝胶具有3D网状结构,有利于包载生长因子并实现其释放。通过释放度实验可以表明,rhFGF21-HP水凝胶可以持续释放近11天。
2.根据体内实验结果可以表明,rhFGF21-HP水凝胶在4、7、11、14和17天时均显示出最高的伤口愈合率,其他组愈合率以降序排列为:游离rhFGF21组、单纯材料HP组和生理盐水组。这些结果显示在糖尿病伤口愈合的早期,rhFGF21与HP的协同作用可以更有效地促进糖尿病伤口的愈合。
3.根据HE染色和马松三色染色结果显示,rhFGF21-HP水凝胶组可以更好地增强肉芽组织形成和提高胶原的沉积。
4.根据免疫组化染色结果可知,rhFGF21-HP水凝胶可以更好地增加细胞角蛋白、I型胶原蛋白和III型胶原蛋白的表达,进而促进皮肤伤口再上皮化和增强胶原蛋白的沉积,改善糖尿病伤口的愈合。
5.根据免疫荧光染色结果可知,rhFGF21-HP水凝胶组可以更多地增加损伤处新生血管的表达及生成。
结论:
将rhFGF21包载于肝素泊洛沙姆中,可以缓慢释放出rhFGF21,更好地发挥rhFGF21的治疗作用。体内实验进一步表明,在小鼠糖尿病皮肤伤口模型中,相比于单独使用成纤维细胞生长因子溶液,rhFGF21-HP水凝胶在促进伤口闭合,增加肉芽组织形成和胶原沉积、促进再上皮化和新生血管生成等方面均表现出卓越的治疗效果。这些结果说明rhFGF21对糖尿病伤口的愈合有积极意义,且rhFGF21-HP水凝胶可作为一种伤口敷料在糖尿病皮肤创伤模型中有显著改善创面修复的效果,这可能对未来开发更多更好的包含生长因子类的创伤敷料供于糖尿病伤口愈合提供一定的参考依据。