南京工业大学姜岷、陈苏Adv.Sci.：酶负载可控降解的聚己内酯纤维支架促进无疤痕皮肤再生

2025年4月3日，南京工业大学姜岷教授与陈苏教授合作在《Advanced Science》上发表了题为“Robust controlled degradation of enzyme loaded PCL-based fibrous scaffolds toward scarless skin tissue regeneration”的文章，范玲玲博士为论文第一作者，董维亮、姜岷、陈苏为论文共同通讯作者，研究获得国家重点研发计划循环经济重点专项（2024YFC3908300）和基金委地区联合基金重点项目支持（U23A20216）。文章提出了一种应用载酶自降解材料促进无疤痕愈合的新策略，采用微流控静电纺丝技术制备了负载洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶（BCL）的聚己内酯（PCL）基纳米纤维支架（E-PCL）（图1）。调控酶的嵌入量使得支架具有可控降解速率，在体外实现12至72 h内的完全解聚并产生酸性单体，其酸性环境更有助于伤口愈合早期创造理想的微环境。伤口愈合实验表明E-PCL能有效促进血管生成、减轻炎症反应、调节胶原蛋白沉积并调控成纤维细胞分化，实现了21天伤口无疤痕愈合率超过99%。该研究还提出其实现无疤痕关键机制在于：在伤口愈合前实现了伤口辅料的全降解，且降解小分子无毒，并能促进伤口愈合，此发现的无疤痕机制对设计人造皮肤是一个有益尝试。

图1 微流控静电纺丝机（南京捷纳思新材料有限公司生产）

研究背景

从基础医学和应用医学角度来看，能够促进无疤痕愈合并减少炎症反应的伤口敷料具有重要的应用潜力。目前，几种纺丝纤维类生物可降解材料，如聚乳酸、PCL、聚乳酸-聚乙醇酸共聚物和聚乙烯醇，广泛用于促进伤口愈合、降低感染风险、减小创伤和支持组织再生。然而，材料的降解速率受到多种因素的影响。常规的PCL和聚乳酸等医用材料通常需要两年以上的时间才能完全降解。若降解过程中产生MPs或有毒小分子，可能引发疤痕形成、炎症反应等不良反应。尽管已有研究探索了载酶自降解生物材料的方法，然而鲜少关于原位载酶生物自降解纤维支架对伤口愈合影响的研究。

图文导读

图2. 载酶自降解纤维支架促进伤口无疤痕愈合的示意图

研究人员设计了一种简单有效的自降解伤口敷料制备方法，将E-PCLs与伤口愈合过程相结合，实现无疤痕皮肤再生。选择BCL作为PCL降解的催化剂，并利用微流控静电纺丝技术制备具有不同降解速率的纤维支架。图2a所示，E-PCLs可以在14天内降解为低聚物，并通过四嵌段杂化聚合物保护的酶编程降解为6-羟基己酸（6-HA），有效减少MPs的有害影响。如图2b所示，伤口愈合过程中，E-PCLs在14天内可完全降解，有效减少炎症反应，支持细胞增殖，并促进无疤痕皮肤组织再生。

图3. E-PCL纳米纤维支架的降解性能和降解产物的表征

研究人员采用微流控静电纺丝技术制备了不同酶浓度的E-PCL纤维支架（图3a）。随着酶浓度的增加，E-PCL的水接触角从122.22°降至13.59°，表明其表面亲水性增强。所有E-PCL纤维在PB溶液中均表现出自降解特性，特别是E-PCL0.2、E-PCL0.5和E-PCL1分别在72 h、24 h和12 h内几乎完全降解（图3b）。E-PCL0.2在不同pH模拟伤口表面表现出优异的降解效果（图3c），且在皮下植入120天后显著降解（图3d）。另外，E-PCL0.2、E-PCL0.5和E-PCL1在12 h的重量保持率分别为67.47%、26.59%和0%（图3e），且样品的pH值随质量损失呈下降趋势（图3f），表明产生了酸性副产物。降解残留物中，E-PCL1几乎没有PCL特征峰（图3g），证明微塑料生成量极低。图3h显示，E-PCL0.2降解产物分子量小于2000，避免了微塑料残留问题。此外，E-PCL1的降解溶液在72 h的质谱结果显示存在单体、二聚体和三聚体，表明其降解模式为程序性降解（图3i）。此外，所有E-PCL样品在100 µg/mL浓度下对细胞无毒，表现出良好的生物相容性（图3j）。相比之下，微塑料对细胞活力的影响为69.51%，具有潜在风险，提示应避免在伤口愈合中生成微塑料。

图4. E-PCL对伤口愈合的影响

图4a表明，E-PCLs能随着伤口的愈合而逐渐降解，促进无疤痕皮肤生成。体内实验表明，E-PCLs处理的伤口愈合效果优于对照（图4b）。图4c显示，E-PCL0.2的愈合效率为71.36%，E-PCL0.5为76.59%，E-PCL1超过81%，显著优于PCL组（51.48%）和阴性对照组（71.19%）。图4d表明，E-PCL组在第21天表现出较少的疤痕形成，E-PCL0.2、E-PCL0.5和E-PCL1组的无疤痕皮肤面积分别达到93.41%、97.50%和99.02%。E-PCLs的优异效果与其良好的降解能力密切相关。图4e显示，E-PCLs组的降解速度明显高于PCL组，E-PCL0.2在7天后仍保持纤维结构，而E-PCL0.5和E-PCL1已完全降解。过慢的降解可能导致PCL组的外源反应和疤痕形成。此外，图4f和4g表明，E-PCLs的降解产物能够在48 h内促进细胞迁移，愈合率达到44.69%。此外，E-PCL1的降解产物显著增强了细胞内的超氧化物歧化酶活性，减少了细胞氧化损伤，促进了细胞迁移，加速了伤口愈合。

图5. E-PCL促进伤口无疤痕愈合的机制分析

图5a表明，E-PCL1组相比PCL组有更多的CD31阳性区域，提示微血管生成最多。图5b显示，E-PCL1组显著减少了炎症反应，而PCL组和对照组则显示更多炎症细胞。图5c则显示，E-PCL1组在第21天胶原蛋白沉积更强，有助于组织修复。图5d表明，E-PCL1在第7天促进了血管生成，但在第21天相比PCL组和对照组，表现出更少的纤维化，表明其可以在早期促进血管生成，并在后期防止过度纤维化，支持无疤痕愈合。图5e显示，E-PCL1组的微血管密度明显高于对照组和PCL组，促进了血管生成。此外，图5f显示，E-PCL1组的中性粒细胞数量较少，图5g则表明在伤口愈合早期，其有效转化巨噬细胞为M2型，减少炎症反应。图5h显示，E-PCL1组的I型与III型胶原蛋白比例更接近正常皮肤，表面疤痕形成减少。图5i说明，E-PCL1抑制了过度的成纤维细胞分化，防止了纤维化和疤痕的形成。综上，E-PCL1通过促进血管生成、减轻炎症反应、调节胶原蛋白沉积和防止过度纤维化，展示了成为无疤痕伤口愈合治疗材料的巨大潜力。

结论

研究人员开发了一种新型的自降解伤口敷料，旨在促进无疤痕的皮肤组织再生。通过微流控静电纺丝技术制备的E-PCL纳米纤维支架，具有可控的降解速率。此外，PCL通过酯键断裂产生的酸性降解产物具有无毒和抗菌特性，能够为伤口愈合提供理想的微环境。在体内，E-PCL1可在14天，并在第7天愈合率为81%，第14天和第21天分别达99%和100%，并且第21天形成了近乎无疤痕的皮肤再生。该敷料的优势在于它稳定了皮肤的酸性环境，生成了具有生物活性的降解产物，减少了多余细胞外基质的积累。这一过程能促进血管生成、减轻炎症反应、调节胶原蛋白沉积，并避免过度纤维化，从而支持无疤痕的皮肤再生。因此，适宜降解速率、降解产物无毒以及避免微粒残留对伤口愈合无疤痕愈合至关重要。可控的酶负载自降解伤口敷料为再生医学和临床应用提供了新的解决方案，并为无疤痕愈合材料的开发开辟了新方向。

文章链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202501053

来源：高分子科学前沿

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