北京化工大学徐福建《AFM》：具有潜在的临床转化价值的工程富血小板血浆双网络水凝胶作为生物活性创面敷料

皮肤是人体最大和最重要的器官之一，具有许多重要功能，例如保护，调节和分泌。一旦皮肤受损，迅速和有效的伤口处理是必要的。伤口愈合延迟会增加伤口感染或并发症的风险，延长住院时间并增加医务人员的负担。近年来，外源性生长因子（GFs）的局部递送被认为对组织发育和愈合过程具有治疗作用，而临床局部给药也已被证明在各种伤口治疗中有效。然而，高昂的成本成为广泛临床应用的障碍。富含血小板的血浆（PRP）是从全血中提取的浓缩血小板，已被用作再生医学的创新工具，并已在临床中使用。然而，其弱的机械性能和随之而来的爆发释放效果限制了其应用和功效。

为应对这些关键挑战，北京化工大学徐福建教授、Li Yang与解放军总医院第一附属医院烧伤整形科郝岱峰副主任医师合作，通过简单的一步激活过程构建了基于藻酸钠的工程化PRP双网络水凝胶（DN凝胶）。其改善的胶凝特性和生长因子的持续释放利于临床应用。在大鼠中的评估表明，DN凝胶促进伤口愈合，更重要的，DN凝胶在猪伤口模型中也显示出优异的愈合效率。相关工作以“Engineering Platelet‐Rich Plasma Based Dual‐Network Hydrogel as a Bioactive Wound Dressing with Potential Clinical Translational Value”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

【水凝胶的制备与表征】

从临床安全考虑和易于转化的角度出发，选择FDA批准的海藻酸钠（SA）和临床使用的PRP作为DN凝胶的骨架，并将相应的SA凝胶和PRP凝胶作为对照组进行比较。

双网络水凝胶的合成途径及其作为具有潜在临床转化价值的生物活性伤口敷料的应用

制备的DN凝胶可以通过注射器注射。从临床应用的角度来看，该性质在伤口处理中是非常需要的，因为这样的水凝胶可以均匀地涂抹在伤口上并完全填充不规则的缺陷。通过流变表征DN凝胶具有优异的胶凝能力，并且由于改进的双交联网络，DN凝胶中的生长因子表现出延长的释放行为。这些结果表明，DN凝胶可以通过注射或涂抹彻底填充伤口区域，这可能支持各种临床实践。

水凝胶的表征

【水凝胶的生物相容性和生物活性】

为了评估DN凝胶的生物相容性，首先使用溶血试验表明水凝胶具有高度的血液相容性。使用L929小鼠成纤维细胞（L929s）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）进行了MTT测定的水凝胶的细胞毒性测试。证明通过将PRP工程化为结构先进的DN凝胶，从DN凝胶连续递送的生物活性分子表现出更好的生物活性，最终导致更高的细胞增殖速率。

为了进一步证明水凝胶的生物相容性，使用大鼠进行了体内降解实验。就SA凝胶和DN凝胶而言，由于来自SA主链的大量羟基，水凝胶的重量随着植入时间的延长而逐渐降低，在96 h时观察到约25％和50％的重量减少。这样的稳定性反过来可以支持临床应用。

水凝胶的体外相容性表征

【水凝胶修复大鼠全层伤口模型】

使用SD大鼠的全切创伤口模型来模拟严重伤口损伤。经过14天的治疗，用DN凝胶处理的伤口显示出最高的恢复质量，这可以通过新形成的具有再生皮肤附件的皮肤来证明，而其他组仍然表现出明显的残留伤口区域。具体而言，DN凝胶通过在炎症阶段上调TGF-β1和VEGF表达，进入血管稳定阶段并加速伤口愈合。进一步通过病理分析发现，DN凝胶组全层伤口上表皮完全成熟和组织良好的真皮组织，其中伤口表现出与正常组织相似的成熟的皮肤附件，表皮和胶原结构，并且没有疤痕形成。愈合效率优异。

DN凝胶修复大鼠全层伤口模型

血管生成涉及受伤血管中毛细血管的生长，并在伤口愈合中起主要作用。毛细血管负责将营养物质和氧气输送到伤口床并清除多余的残留物。血管生成的早期激活对于临时ECM的形成至关重要，最终可改善伤口的愈合。为了更好地评估治疗组对血管功能的影响，使用激光多普勒血流仪测量了伤口区域的血流量。DN赋予再生血管更好的向伤口部位输送更多氧气和营养的能力，而且还缩短了血管生成的增殖阶段，并尽早地进入了血管成熟阶段。

DN凝胶在伤口部位的血管生成作用

【猪全层伤口模型中水凝胶的体内评估】

由于猪的皮肤在解剖学和生理上与人的皮肤相似，因此研究人员进一步建立了具有全层皮肤缺损的猪模型，作为评估DN凝胶在体内伤口愈合效果的概念证明。第28天DN凝胶伤口的重新上皮化过程完成，从放大的照片中可以看到完整的表皮覆盖物，其他组的伤口在第28天仍未完全闭合，溃疡表面呈红色。在DN凝胶组中，较快的重新上皮化过程还表现为伤口愈合扩散阶段的伤口闭合率明显较高。

通过第28天的收获皮肤组织的H＆E染色进一步支持了以上结果。与其他组相比，DN凝胶组的伤口切片具有明显更好的表皮和肉芽结构。DN凝胶组在血管生成的增殖阶段（从第3天到第14天）显示出比其他组明显更高的血液灌注。

DN凝胶在猪全层伤口模型中的作用

总结：总而言之，研究人员基于实用的一步式激活方法，基于临床批准的PRP凝胶和FDA批准的天然多糖，设计了具有潜在临床转化价值的生物活性伤口敷料。所得的DN凝胶具有增强的机械性能和释放性能。根据临床前体内评估，DN凝胶在促进上皮再形成，上调GFs表达和加速血管生成方面发现了极好的伤口愈合效率。这种双网络水凝胶敷料的卓越安全性和低成本为将来的临床转化提供了有利条件。

来源：高分子科学前沿

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