仿生多功能复合水凝胶促进创面修复的应用基础研究

发布时间：2020-05-22 12:38

【摘要】：背景及目的创面愈合和组织修复是人类基本的健康问题,在人类的历史上已研究超过2000年。近年来,为实现快速创面修复,包括静电纺丝纤维、生物薄膜、多孔海绵、功能化水凝胶等在内的诸多生物医用材料已经被研发。在这些生物材料中,以壳聚糖、聚乙二醇以及其衍生物合成的水凝胶备受关注,具备维持湿性的创面愈合环境、降低创面表面温度、促进细胞增殖迁移、促进营养物质扩散和渗透等诸多优越的性能。特别值得一提的是,随着可注射水凝胶的应用,能够实现创面直接原位注射成胶,填充贴合各种不同形状的创面,尤其是深部组织缺损部位,使得促进创面修复的方法可以涵盖创面填充、原位药物包裹、抗氧化和抗感染等诸多功能。创面愈合过程包括止血期、炎症期、增殖期以及重塑期四个阶段,有先后顺序而又相互协同。尽管目前已研发的水凝胶已经能够在一定程度上促进创面修复,但是仅仅能作用于单个或两个阶段,且功能较为单一,影响最终的治疗效果,极大地限制了它们在临床上的应用。因此,受机体多重协同愈合机制的启发,本研究旨在研发能够作用于不同创伤类型的整个修复过程的多功能水凝胶,以期为临床上创面快速愈合提供新的方法和技术手段。试验方法通过化合物接枝聚合的方法制备合成烷烃化壳聚糖(DCS)以及四臂聚乙二醇苯甲醛(BAPEG),并通过核磁共振波谱仪表征确定单体结构。将特定比例的DCS溶液与BAPEG溶液以及血管内皮生长因子(VEGF)混合,制备搭载VEGF的DCS/BAPEG复合水凝胶。通过流变学分析检测成胶时间、机械性能、弹性、自修复等基本理化参数。通过体外实验综合评估复合水凝胶的生物安全性以及溶胀、自修复、可注射、抗菌、止血、组织粘附、蛋白类药物控释等性能。建立体内降解动物模型,评价复合水凝胶体内降解和细胞募集能力。制备针头/复合水凝胶贴片,并评价复合水凝胶在静脉止血中的作用。建立肝脏急性损伤模型,评价其在内脏止血中的作用。建立感染的背部全层皮肤缺损模型,取创面表面的肉芽组织,进行组织学分析、免疫组化和免疫荧光染色,评价其促进慢性创面修复的能力。实验结果复合水凝胶通过化合物中苯甲醛和氨基之间键合成可逆的席夫碱而形成,可在数秒内成胶,并且化合物注射在一起的时候具有自修复能力。由于烷烃链尾部可以插入细胞膜脂质双分子层并固定在脂质双分子层上,因此,复合水凝胶具有优异的组织黏附、血细胞凝固止血和细胞募集功能。而且,整合烷烃链的细菌锚定能力、壳聚糖和芳香席夫碱的细菌杀灭能力,该复合水凝胶还具有较强的抗感染性能。此外,通过在混合水凝胶中加载并控制释放血管内皮生长因子,可以显著改善创面细胞增殖和组织重塑的过程。通过对该多功能复合水凝胶的体内应用效果研究,发现该水凝胶具有显著的黏附性和止血作用,可迅速修复血管出血、肝出血等急性组织损伤。不仅如此,通过促进血管生成、胶原沉积、巨噬细胞极化和肉芽组织形成,感染性全层皮肤缺损模型的慢性伤口愈合过程也可显著增强。结论DCS/BAPEG复合水凝胶具备可注射、自修复、强粘附、止血、抗菌、细胞募集、药物缓释等性能,能够适用于多种多样的创面修复和其它的生物医学应用。
【图文】：

混合水,月桂醛,对羧基苯甲醛,总固体含量

１．逦ＤＣＳ／ＢＡＰＥＧ复合水凝胶制备逡逑ＤＣＳ通过壳聚糖与月桂醛共价修饰而成，ＢＡＰＥＧ通过氨基化四臂聚乙二醇逡逑与对羧基苯甲醛接枝聚合而成（图１）。室温下混合两者溶液制备复合水凝胶系逡逑统。由于聚合物中苯甲醛和氨基之间发生席夫碱反应，混合物转变为透明水凝胶逡逑（图２ａ，ｂ）。混合水凝胶的力学强度由－ＣＨＯ和－ＮＨ２的摩尔比（Ｒ）和各组分的逡逑总固体含量（Ｃ）决定，流变学分析结果如图３所示。结果发现，当Ｒ＝邋１／２，邋Ｃ邋＝逡逑９％时，，混合水凝胶的力学性能较强（图３ａ），并且浸泡在磷酸盐缓冲盐水（ＰＢＳ）逡逑中，其力学性能无明显变化（图４ａ）。逡逑ＳＩｏｗＪｊ逡逑Ｓｃｈｉｆｆｂａｓｅ邋＞逦ＤＣＳ邋＞逡逑ｎ＝？ｃ：ｎｂｈ３逦二广逦ｃ－、逡逑ｆａｓｔ逡逑ｕ：邋ＤＣＣ／ＮＨＳ逦＿邋ｒＪ逦＂逡逑Ｊ逦｛逡逑ｔ逦Ｐ＿逦＂邋ｒｉ邋ｕ逡逑！ｊ．＾邋ｌ逦＼逡逑ｊ邋：逦＊邋ｉＳ？邋；？逦ｌ＊＊逦ｌ＊？邋Ｍ？邋Ｍ？邋Ｗ？邋ｌ？邋＊＊邋Ｊ：逡逑—逦ｊ逡逑｛逦、、逦／逦，逦ｉ邋，逡逑

示意图,溶液混合,溶液,水凝胶

形态从固体转换成了液体。复合水凝胶的粘度随剪切速率的增加而逐渐降低，提逡逑示交联程度明显降低（图４ｂ）。为了进一步研究这一特性，将复合水凝胶装入２３逡逑号针头的注射器中注射（图２ｃ）。研究发现，当水凝胶在注射器中被压缩时，内逡逑部的共价键在压力下发生解离，使水凝胶发生形变，像液体一样流过针头，然后，逡逑在注射器外重新键合成固体水凝胶。这些性能表明，该复合水凝胶可以注射使用。逡逑ＩＫ邋Ｓ逦ＨＡＰＩ：（ｆ逦Ｈｙｂｒｉｄ邋ｈｙｄｒｏｇｅｌ逡逑！逦＝逦＼邋Ｎ逡逑ｂｌ＾＾ｌ邋ＩＨＨＩ逡逑＇二叫、灄逡逑。》0邋４00邋ｒ邋＊００逡逑Ｔｉｍｅｓ邋（ｓ）逡逑图２．邋（ａ）邋ＤＣＳ溶液和ＢＡＰＥＧ溶液混合成复合水凝胶示意图。（ｂ）复合逡逑水凝胶成胶过程图。（ｃ）复合水凝胶成胶后可从注射器中挤出并重新交织成网。逡逑（ｄ，ｅ）水凝胶切开后重新组合，室温放置二十分钟后，自修复成整体。（ｆ）交替逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;R641

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