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河北工業(yè)大學(xué)夏丹團(tuán)隊(duì) CEJ：3D納米纖維海綿 - 全新組織可再生創(chuàng)面敷料

時(shí)間：2022-05-10 來(lái)源： 瀏覽：

河北工業(yè)大學(xué)夏丹團(tuán)隊(duì) CEJ：3D納米纖維海綿 - 全新組織可再生創(chuàng)面敷料

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收錄于合集
#3D納米纖維海綿 1 個(gè)
#創(chuàng)面敷料 1 個(gè)
#Ag-MOFs 1 個(gè)
#傷口愈合 3 個(gè)
#姜黃素 1 個(gè)

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近期，河北工業(yè)大學(xué)夏丹副教授團(tuán)隊(duì) 在三維 （ 3D ） 納米纖維海綿上原位生長(zhǎng)銀基金屬有機(jī)框架（ Ag-MOFs ），在有效殺菌方面取得新進(jìn)展。并通過(guò)加載姜黃素（ CUR ） 達(dá)到快速傷口愈合的目的。制備的 3D 納米纖維海綿敷料 有望成為傳統(tǒng)創(chuàng)面敷料的理想替代品。相關(guān)成果以標(biāo)題 “ Three-dimensional layered nanofiber sponge with in situ grown silver-metal organic framework for enhancing wound healing ” 發(fā)表在 《 Chemical Engineering Journal 》 期刊上 。河北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究生 陳佳甜 為論文第一作者。河北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院夏丹副教授，山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院楊傳旭教授為論文共同通訊作者。

背景

嚴(yán)重的皮膚組織缺損會(huì)導(dǎo)致身體機(jī)能的下降甚至死亡，醫(yī)用敷料在覆蓋缺損皮膚組織的同時(shí)可為傷口愈合提供合適的微環(huán)境，保護(hù)皮膚免受更大的損傷。高分子生物敷料具有良好的生物相容性和可降解性，顯示出作為傷口敷料的巨大潛力。開(kāi)發(fā)高性能的新型復(fù)合生物敷料是當(dāng)今皮膚組織工程的研究熱點(diǎn)。靜電紡絲納米纖維敷料高的比表面積和孔隙率可有效吸收傷口滲出液以及控制藥物的釋放，在傷口愈合過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。與二維（ 2D ） 納米纖維結(jié)構(gòu)相比， 3D 納米纖維結(jié)構(gòu)具有更高的吸水性、孔隙率和透氣性，為細(xì)胞的增殖、粘附和遷移提供 了更大的第三軸，在傷口愈合治療中顯示出良好的潛在應(yīng)用前景。

研究的問(wèn)題

本研究通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備聚己內(nèi)酯 / 明膠（ PCL/GEL ） 2D 納米纖維膜，通過(guò)氣體發(fā)泡技術(shù)將 2D 納米纖維膜拓展成 3D 納米纖維海綿，之后在 3D 納米纖維海綿上原位生長(zhǎng)銀基金屬有機(jī)框架（ Ag-MOFs ），得到 3D-AgMOF ，最后將姜黃素（ CUR ）負(fù)載在原位生長(zhǎng)有 Ag-MOFs 的 3D 納米纖維海綿上，得到 3D-AgMOF-CUR 。其中靜電紡絲的 3D 結(jié)構(gòu)具有更高的孔隙率、吸水性、透氣性和止血能力。 Ag-MOFs 的原位生長(zhǎng)賦予 3D 納米纖維海綿強(qiáng)大的抗菌能力且 CUR 具有抗炎和抗氧化的作用，二者協(xié)同作用促進(jìn)傷口的愈合進(jìn)程 ，制備路線如圖 1 所示。
 

圖 1  3D 纖維海綿的制備路線
 

圖 2 （ a ）納米纖維膜膨脹前后的形態(tài)變化；（ b-d ）不同濃度 NaBH 4 發(fā)泡不同時(shí)間后 3D 納米纖維海綿的厚度、孔隙率和吸水率；（ e ） 2D 納米纖維膜；（ f ） 3D 納米纖維海綿；（ g ） 3D-Ag MOF 納米纖維海綿；（ h-j ） 3D-Ag MOF 樣品中 C 、 O 、 Ag 元素的分布。
3D 納米纖維海綿具有更高的 比表面積、 孔隙率 和 吸水性。 3D 納米纖維海綿的層狀結(jié)構(gòu)和高孔隙率為 Ag-MOFs 的原位生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的條件。如圖 2 所示 ， Ag-MOFs 在 3D 納米纖維海綿上成功附著，且分布較為均勻。在原位生長(zhǎng) Ag-MOFs 的過(guò)程中， 3D 納米纖維海綿的纖維結(jié)構(gòu)沒(méi)有被破壞，且 Ag-MOFs 的生長(zhǎng)對(duì)納米纖維的尺寸影響不大。 EDS 結(jié)果表 明 Ag-MOFs 成功 在納米纖維海綿中原位生長(zhǎng)。
 

圖 3   （ a, b ）納米材料對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌（ 10 6  CFU/mL 菌液）的抑菌效果；（ c, d ）對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑 菌 圈；（ e ）共培養(yǎng) 后的菌液 稀釋 1 × 10 4 倍的大腸桿菌與金黃色葡萄球菌 的圖像 ；（ f ）大腸桿菌菌落計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)；（ g ）金黃色葡萄球菌計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。
通過(guò)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的體外抑菌實(shí)驗(yàn)， 包括 抑菌圈、 CCK-8 實(shí)驗(yàn)和共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn) （圖 3 ）， 證明 3D 納米纖維海綿上原位生長(zhǎng) Ag-MOFs 后具有強(qiáng)大的抑菌效果，抑菌率可達(dá) 99% ，負(fù)載姜黃素后抑菌效果不會(huì)減弱。
 

圖 4 （ a ）凝血圖像；（ b ）不同樣本血凝塊中的 Hc ；（ c ）不同樣品的 AC B ; （ d ）血小板和纖維表面之間的相互作用。
凝血實(shí)驗(yàn)表明 Ctrl 組凝血效果較差， 2 D 納米纖維膜具有一定的凝血效果 ， 3D 、 3D-Ag MOF 和 3D- Ag MOF -CUR 樣品遠(yuǎn)高于 Ctrl 和 2D 纖維膜，說(shuō)明 3D 納米纖維結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了創(chuàng)面敷料的止血能力。此外， Ag-MOFs 原位生長(zhǎng)并沒(méi)有降低 3D 纖維海綿的凝血能力，而將 CUR 加載到 3D-Ag MOF 納米纖維海綿上可顯著增強(qiáng) 3D 納米纖維海綿的凝血能力。
 

圖 5 傷口感染模型對(duì)傷口愈合的評(píng)價(jià)。（ a ）納米材料對(duì)金黃色葡萄球菌感染創(chuàng)面的抗菌作用（創(chuàng)面滲出液稀釋 1 × 10 4 倍） ; （ b ）稀釋 1 × 10 4 倍金黃色葡萄球菌菌落計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) ; （ c ）觀察 0 、 3 、 6 、 9 、 12 、 15 天后 Ctrl 、 2D 、 3D 、 3D-Ag MOF 、 3D- Ag MOF - CUR 覆蓋創(chuàng)面圖像 ; （ d ）傷口愈合痕跡的圖形表示 ; （ e ）感染傷口的傷口大小統(tǒng)計(jì)。
本研究 通過(guò) 建立傷口感染模型 來(lái) 評(píng)價(jià)敷料的抗菌活性和創(chuàng)面愈合能力。 傷口感染 結(jié)果顯示， Ctrl 組、 2D 組和 3D 組的細(xì)菌增殖顯著，無(wú)明顯的抑菌效果。而 3D-Ag MOF 和 3D-Ag MOF - CUR 的菌落數(shù) 較少 ，均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌性能，抗菌率均達(dá)到 99% 以上。為評(píng)估敷料在傷口感染情況下的有效性，對(duì)傷口愈合進(jìn)行了 15 天的監(jiān)測(cè)。在體內(nèi)感染創(chuàng)面模型中，傷口 愈合 第 12 天， 3D-Ag MOF -CUR 創(chuàng)面完全愈合， 3D-Ag MOF 接近完全愈合。 第 15 天時(shí)， 3D-Ag MOF 治療組與對(duì)照組、 2D 和 3D 治療組比較，創(chuàng)面愈合，無(wú)大面積瘢痕和表皮組織缺損。更重要的是， 3D-Ag MOF -CUR 創(chuàng)面愈合后疤痕少，表皮組織更光滑。此外， 3D-Ag MOF 和 3D-Ag MOF -CUR 組炎性細(xì)胞較少，膠原沉積較多。 3D-Ag MOF -CUR 組 較 3D-Ag MOF 組血管生成更多，膠原纖維排列更均勻、更密集。

結(jié)語(yǔ)

研究創(chuàng)新型 3D 納米纖維海綿敷料，可為感染性全層傷口的快速愈合提供一種嶄新、簡(jiǎn)單且方便的方法。本 論文 對(duì)傷口敷料的架構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了思考，并提出了更好地設(shè)計(jì)生物功能型敷料的方案，針對(duì)皮膚缺損的恢復(fù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了具有廣泛應(yīng)用潛力的生物組織工程支架，具有重大的科研意義與使用價(jià)值。然而，對(duì)于臨床應(yīng)用方面，還需要在傷口快速愈合，并且在傷口愈合后減少甚至消除疤痕方向做更深層次的研究，并且在患者群體中獲得廣泛的有效性。
 

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136234

作者簡(jiǎn)介

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夏丹 ， 河北工業(yè)大學(xué)副教授 、博士生導(dǎo)師， 河北工業(yè)大學(xué)元光學(xué)者，天津市 1 31 第三層次人才， 2015 年于 丹麥奧胡斯大學(xué) 獲博士學(xué)位， 并 在 課題組從事 博士后工作， 同 年入職 河北工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院。課題組主要從事 新型納米材料的合成及其藥物遞送，靜電紡絲納米支架的構(gòu)建及其在傷口修復(fù)上的應(yīng)用，先進(jìn)原子力顯微鏡在生物學(xué)上的應(yīng)用等 研究，已在 ACS NANO, Chemical Engineering Journal ,  Biomaterials, Small, ACS Applied Materials & Interfaces 等期刊發(fā)表 50 余篇論文，獲 省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì) 3 項(xiàng) ，主持國(guó)家 及省部級(jí)項(xiàng)目 5 項(xiàng)。
楊傳旭 ，山東大學(xué)教授，山東省青年泰山學(xué)者， 2 014 年于 丹麥奧胡斯大學(xué) 獲博士學(xué) 位，并于奧胡斯大學(xué)從事 博士后 和助理教授 工作， 2 019 年入職 山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院。課題組主要從事生物納米材料的研究，包括研發(fā)新型核酸 靶向藥物載體與制劑，應(yīng)用于基因治療及再生醫(yī)學(xué) ，以及開(kāi)發(fā) 新型的納米探針和生物傳感 技術(shù) ，用于癌癥、炎癥等疾病的分析和診斷。已 在 Molecular Therapy, ACS NANO, Chemical Engineering Journal, Acta Biomaterialia, ACS Applied Materials & Interfaces 等期刊發(fā)表 40 余篇論文。

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