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南方医科大学廖坚文POSS活化双交联功能水凝胶可促进伤口愈合

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高分子材料科学 2021-03-02 19:36

【科研摘要】

由于水凝胶敷料的柔软性与细胞外基质的相似性,理化性质的可调节性以及即使在伤口部位仍保持湿润的能力,因此引起了广泛的关注。然而,开发具有优异机械性能,对组织的粘附性,良好的生物相容性,长期抗菌性能以及增强的血管生成能力的复合水凝胶仍然是一个巨大的挑战。最近,北京大学深圳医院Bo Yu/广州体育学院Wenqiang Li/南方医科大学第三医院廖坚文主任医师在《Advanced Materials Technologies》上发表题为A Novel Dual‐Crosslinked Functional Hydrogel Activated by POSS for Accelerating Wound Healing论文呢。该文基于聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA),硫醇化壳聚糖(TCS)和改性的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米粒子的光交联设计了一种新型的纳米复合水凝胶。此外,银离子(Ag+)通过Ag-S的动态配位被加载到系统中。所得的PEGDA/TCS/POSSP@ Ag水凝胶呈现出高韧性,度和良好的组织粘附性,并在体外促进人脐静脉内皮细胞(HUVCE)的附着和增殖。作为Ag+杀菌活性的控制释放载体,该复合系统可实现Ag+的控制释放和良好的抗菌活性。进一步的体内实验表明,PEGDA/TCS/POSSP@Ag支架可通过减少炎症和抑制感染来显着促进皮肤再生,具有全层皮肤缺损的大鼠模型证实其具有刺激POSS活化的微血管形成的能力。因此,多功能纳米复合水凝胶是用于伤口愈合的非常有前途的敷料。

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【主图见析】

图1 A)功能化POSSP的合成示意图;B)改性POSS的1H NMR光谱;C)形态;D)POSS-(OH)32,POSS-Ac和POSSP纳米粒子的尺寸分布。

图2 A)通过两步策略合成PEGDA/TCS/POSSP @ Ag水凝胶的方案;B)在聚合物水凝胶中形成的nAg的UV/vis吸收光谱;C)通过原位还原形成的负载有Ag纳米颗粒的水凝胶的TEM图像;D)Ag 3d的PEGDA/TCS/POSSP @ Ag样品结合能谱的XPS分析; E)水凝胶支架的压缩行为的照片F)从0%到80%应变的试样压缩应力-应变曲线;G)在50次循环后在70%应变下对四种水凝胶进行疲劳测试。

图3 A)在紫外线辐射下的时间扫描测试,以及B)统计制备的水凝胶的凝胶化时间;C)在37°C的样品中以固定应变(1%)进行扫频测试(ω= 0.1–100rad s-1);D)水凝胶的SEM图像和E)相应的孔径结果;F)水凝胶的平衡溶胀曲线;G)在37°C下pH 7.4 PBS中水凝胶的体外降解曲线。

图4 A)PEGDA/TCS/POSSP @ Ag水凝胶对各种表面具有优异的附着力:硅胶,PMMA,钢和人体皮肤;B)组织拉伸粘附力测试示意图;C)各种水凝胶对猪皮肤的粘合强度,D)PEGDA/TCS/POSSP @ Ag样品对不同基质的粘合强度;E)水凝胶系统对组织表面的粘附机理。

图5 A)过夜孵育后PEGDA,PEGDA/TCS和PEGDA/TCS/POSSP的抑制区测试PEGDA/TCS/POSSP @ Ag水凝胶,B)对抑制区定量分析的响应;C)从水凝胶中体外释放纯nAg和Ag+;共培养1、4、7和10天后,相应样品对D)大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率。F)用不同水凝胶处理的LIVE/DEAD细菌生存力染色的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的荧光显微镜检查。

图6 A)第5天对PEGDA,PEGDA/TCS和PEGDA/TCS/POSSP的HUVEC进行活/死染色,PEGDA/TCS/POSSP @ Ag水凝胶,以及B)对活/死细胞定量分析的反应; C)CCK-8测定; D)培养1天和3天后,用罗丹明偶联的鬼笔环肽(红色)和4',6-二mid基-2-苯基吲哚(DAPI)(蓝色)染色的HUVEC的CLSM图像。

图7 A)在愈合的不同阶段未经治疗或用各种水凝胶敷料处理过的伤口的光学图像;B)每组相应的伤口闭合面积;C)在第12天和第18天,不同水凝胶处理对全层伤口的H&E组织学分析;D)使用ImageJ定量分析肉芽组织的厚度。

图8 植入18天后(A)IL-1β,B)IL-6和C)CD31的免疫组织化学染色图像(橙色箭头表示新形成的血管)。

参考文献:doi.org/10.1002/admt.202001012

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