聚乳酸-羟基乙酸共聚物的仿生功能化及皮肤创伤修复研究

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由于意外事故、生产生活、疾病等各种因素所导致的皮肤创伤患者每年都加速递增。创伤修复过程通常需要用到敷料以加速和促进皮肤创伤愈合。理想的皮肤创伤修复敷料应具有良好的生物相容性、适宜的生物可降解性、合理的机械性能、抗菌性、诱导细胞生长和组织再生的能力等。皮肤创伤修复敷料的主要材料包括:天然材料(如纤维素、壳聚糖、海藻酸钠、胶原等)和人工合成材料(如聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)等)。天然材料来源广泛,但天然材料只能利用一些材料表面的活性基团进行有限的修饰。合成材料可根据敷料所需的物理和化学性质进行设计和制备,可获得生物可降解、力学性能优良、生物相容性好和加工性能优良的敷料材料。但在实际的皮肤损伤修复过程中,有多种生长因子参与,调控各阶段的细胞生长和分化。而无论是天然材料或合成材料诱导及促进细胞和组织生长的能力都相对较弱。此外,细菌感染也会带来创面难以愈合的风险。因此,需要在敷料中添加一些活性因子和抗菌剂来实现多种功能。在众多人工合成高分子中,PLGA具有体内生物相容性好、可降解、加工性能优良等特点。PLGA通过改变合成过程中乳酸和羟基乙酸单体的比例可以控制PLGA降解速度,因此已经被广泛应用于药物载体和组织工程修复支架中,并且已经获得美国FDA认证。因此,PLGA被认为是一种理想的用于制备皮肤创伤修复敷料的材料。在本研究中,我们受贻贝足蛋白5中含有的黏附分子多巴(DOPA)的启发,基于分子仿生理论,利用基因工程技术将DOPA分子引入到具有促进成纤维细胞增殖和血管化能力的成纤维细胞生长因子bFGF及抗菌多肽PonG1的末端。同时,采用图案化静电纺丝技术制备了一种PLGA纺丝膜作为敷料的基底材料,图案化电纺丝膜与无序电纺丝膜相比,拉伸力学性能、透气性能得到提升,更有利于伤口愈合。为了赋予敷料促伤口位置细胞黏附和血管化的功能及抗菌能力,本研究表达和提取了带有DOPA的DOPA-bFGF和DOPA-PonG1,随后通过DOPA的黏附能力将DOPA-bFGF和DOPA-PonG1黏附于敷料基底材料表面,制备了一种具有促进细胞黏附与增殖并抗菌的双重仿生功能化皮肤创伤修复敷料。本研究使用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、接触角测量、力学性能测试、体外bFGF和PonG1的结合和释放、体外抗菌和细胞生物相容性等实验手段对表面仿生黏附有DOPA-bFGF和DOPA-PonG1的图案化PLGA纺丝膜进行了表征。结果显示,表面黏附有DOPA-bFGF和DOPA-PonG1的纤维表面粗糙度增加,可见生物活性因子的大量沉积。FTIR结果显示有大量的DOPA-bFGF和DOPA-PonG1通过仿生黏附作用与图案化PLGA纺丝膜结合。接触角测量结果显示图案化纺丝膜的亲水性也得到了增强。力学性能测试结果表明,图案化纺丝膜比无序的纺丝膜具有更高的拉伸强度。抗菌实验结果显示,仿生黏附有DOPA-PonG1组的抗菌能力得到了明显提升。细胞实验结果显示,图案化纺丝膜表面仿生黏附了DOPA-bFGF后,细胞的增殖和COL-I、VEGF基因表达能力也有显著增强。本研究进一步采用大鼠全皮层伤口模型验证仿生黏附有DOPAbFGF和DOPA-PonG1的图案化PLGA纺丝膜的皮肤创伤修复能力,观察1-14天不同组别的伤口修复情况。结果表明,7天时,表面仿生黏附有DOPA-bFGF组的伤口愈合率开始大于其他组。14天时,这种差距更加明显,这说明仿生黏附的DOPA-bFGF在伤口愈合过程中发挥了促进作用,在DOPA-PonG1的联合作用下加速了创面修复。与商品化壳聚糖季铵盐敷料、藻酸盐敷料进行大鼠全皮肤层损伤修复对比,DOPA-bFGF/DOPA-PonG1@PLGA纺丝纤维膜修复的效果最为显著,明显优于商品化敷料组。综上所述,本研究使用电纺丝技术制备了一种图案化PLGA电纺丝纤维膜,基于分子仿生理论,制备了两种仿生化生物活性因子DOPA-bFGF和DOPAPonG1,利用DOPA分子的黏附作用增强了bFGF和PonG1与图案化PLGA纺丝膜的结合力,体外实验结果验证了表面结合有DOPA-bFGF和DOPA-PonG1的PLGA纺丝膜的抗菌和促进细胞生长的能力,体内实验表明这种图案化纤维膜能够加速大鼠背部全皮层伤口的愈合。
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