《Science Bulletin》南京大学赵远锦：用于伤口愈合的仿生天然血小板水凝胶

《Science Bulletin》：用于伤口愈合的仿生天然血小板水凝胶

Title: Bio-inspired natural platelet hydrogels for wound healing

Authors: Yuanyuan Jiang, Jie Wang, Hui Zhang, Guopu Chen, Yuanjin Zhao*

Science Bulletin ( IF 20.577 )

Pub Date : 2022-07-30 ,

DOI: 10.1016/j.scib.2022.07.032

摘要

伤口愈合一直是一个基本的健康问题，需要人力和材料并造成经济负担。

在这项研究中，受血小板止血功能的启发， 南京大学 - 赵远锦 （通讯作者）教授团队提出了一种新型仿生水凝胶，通过共价酰胺化交联天然血小板和藻酸盐用于伤口愈合。具有天然官能团的血小板衍生水凝胶表现出优异的生物相容性和血液相容性。通过改变血小板与藻酸盐的添加比例，所获得的水凝胶的机械性能是可变的，以适应不同的伤口环境。此外，银纳米颗粒可以加载到水凝胶的空隙空间中，从而赋予复合材料优异的抗感染性能。基于仿生血小板水凝胶，可以帮助止血急性组织损伤，防止细菌增殖，促进伤口愈合过程中的血管生成、胶原沉积和肉芽组织形成，这些特征表明仿生血小板水凝胶在临床应用中的潜在价值。相关成果以“ Bio-inspired natural platelet hydrogels for wound healing ”为题发表在《 Science Bulletin 》上。

图文导读

图 1. PLT 水凝胶的伤口愈合机制。 (a) PLT 生理功能示意图：靶向受损血管部位以促进止血。 (b) 通过 PLT 膜和 Na-Alg 溶液的交联形成水凝胶，并在制造过程中掺入 AgNPs。 (c) PLT 水凝胶作为伤口敷料的应用及其结果。

图 2.（a）PLT 水凝胶形成过程的照片。 (b) 不同 PLTM 浓度的复合水凝胶的 SEM 图像。 （c）水凝胶在固定角频率（1.0 rad s-1）下的频率依赖性（应变为 0.01%）振荡剪切流变和（d）应变幅度扫描（γ=0.1%–1000%）；比例尺为 100 µm。 （i：PLTM=30%，ii：PLTM=40%，iii：PLTM=50%，iv：PLTM=60%，v：PLTM=70%）。

图 3.（a）剪切肝脏中止血模型的示意图。 （b-d）分别使用 PBS（b）、Ca-Alg 水凝胶（c）和 PLT 水凝胶（d）的止血图像。 （e，f）三组失血量（e）和止血时间（f）统计。

图 4. (a, b) 大肠杆菌 (a) 和金黄色葡萄球菌 (b) 与 PBS (i)、Ca-Alg 水凝胶 (ii)、PLT/AgNPs (-) 水凝胶 (iii) 和 PLT 水凝胶 (iv)。 (c, d) PBS (i)、Ca-Alg 水凝胶 (ii)、PLT/AgNPs(-) 水凝胶 (iii) 和 PLT 水凝胶(iv)处理的大肠杆菌 (c) 和金黄色葡萄球菌 (d) 的荧光染色图像。 SYTO 和 PI 分别将活细菌和死细菌染成绿色和红色。 （e，f）四组对大肠杆菌（e）和金黄色葡萄球菌（f）的细菌减少率；比例尺为 10 µm。

图 5.（a）在第 0、3、5 和 7 天用 PBS (i)、Ca-Alg 水凝胶 (ii) 和 PLT 水凝胶 (iii) 处理的皮肤伤口图像。 (b) 低倍放大 7 天后肉芽组织的 H&E 染色。黑色箭头显示肉芽组织厚度。 (c) 第 7 天相应的 α-SMA 和 CD31 双染色。黄色箭头表示不同组中的新生血管。 （d-f）每组平均伤口面积（d）、肉芽组织厚度（e）和血管密度（f）的相应定量分析。 比例尺在 (a) 中为 0.2 厘米，在 (b) 中为 400 µm，在 (c) 中分别为 50 µm。

图 6. 伤口切片不同处理的生物学机制研究 (a) IL-6 的免疫组织化学。 (b) TNF-a的免疫组织化学。 （c）三色染色的Masson。 （d-f）不同组中IL-6（d）、TNF-α（e）和胶原沉积（f）的统计分析。 比例尺在 (a, b) 中为 40 µm, 在 (c) 中为 50 µm。

小结

本文提出了用于伤口愈合的仿生 PLT 水凝胶，其灵感来自生理止血。所获得的 PLT 水凝胶是通过 PLT 组分和 Na-Alg 的共价酰胺化交联制备的。由于在合成过程中不存在非天然官能团，保证了所需 PLT 水凝胶的生物相容性和血液相容性。通过改变 PLT 与 Na-Alg 的添加比例， PLT 水凝胶的机械强度呈现出可调的特性。同时，添加 AgNPs 使 PLT 水凝胶具有广谱抗菌性能，在伤口愈合的抗感染阶段发挥了重要作用。由于其良好的相容性、可调的机械强度和优异的抗菌性能， PLT 水凝胶在急性组织损伤中具有出色的止血能力，在伤口愈合中具有促进血管生成、胶原沉积和肉芽组织形成的能力。值得注意的是，这种仿生 PLT 水凝胶在伤口愈合和相关临床应用中具有巨大潜力。