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北科大溫永強/杜宏武教授和北大人民醫院張培訓教授 AFM：多功能DNA水凝膠增強脂肪干細胞的干性激活免疫通路引導燒傷創面再生

2022-09-07 來源：高分子科技

根據世界衛生組織的不完全統計，全世界每年估計有18萬人死于燒傷。3級燒傷是一種并非完全靜態的傷害。由熱損傷引起的蛋白質變性導致燒傷早期組織丟失，有毒炎癥介質很快就會激活產生氧自由基，直接加重燒傷傷口壞死。壞死區域也會影響從正常組織到壞死組織的轉化，導致更大的受損區域。此外，由于高代謝，燒傷患者的免疫力降低，感染風險增加，這導致燒傷傷口進一步感染和惡化。燒傷患者的主要臨床特征是大量滲出物、促持續炎癥、劇烈疼痛和瘙癢、自由基生成、潰瘍、周圍神經病變和體重減輕。臨床上治療燒傷的主要方式是植皮，但是不能全面解決燒傷癥狀。此外，由于臨床敷料功能單一，不能滿足當前多樣化的傷口需求。因此，燒傷傷口的治療仍然是再生醫學所面臨的難題。

北京科技大學溫永強教授、杜宏武教授與北京大學人民醫院張培訓教授等人通過動態交聯DNA單元、聚丙烯酰胺和L-抗壞血酸2-磷酸鹽（L-A2P）形成致密氫鍵，可以方便地獲得多功能DNA水凝膠體系，如圖1所示。DNA水凝膠系統中摻雜了冰片，可緩解疼痛和瘙癢。獲得的DNA水凝膠為干細胞的生長和發育提供了類似于細胞外基質結構，可以調節細胞增殖，維持細胞活力，并在合適的環境中實現完美釋放。并且，藥理學傷口敷料外殼具有優異的機械性能、組織粘附性和抗菌性能。除此之外，多功能DNA水凝膠集成系統可以促進巨噬細胞轉化、血管生成和神經發生。該系統通過神經免疫相互作用調節病理性疼痛和瘙癢。此外，該系統激活PI3K-Akt信號通路，有助于增強和促進組織再生。因此，先進的DNA水凝膠集成系統開啟了燒傷創面有效綜合治療的級聯模式，有助于進一步推動臨床轉化機制的深入研究。該研究以題為“Multifunctional DNA Hydrogel Enhances Stemness of Adipose-Derived Stem Cells to Activate Immune Pathways for Guidance Burn Wound Regeneration”發表在《Advanced Functional Materials》上。

圖1. 水凝膠的制備、藥理外殼制備、促進燒傷傷口愈合機理示意圖。

作者建立了3級燒傷傷口模型，觀察燒傷膏、M-pH-_L-DNA gels/b、M-pH-_L-DNA gels-A/b的傷口愈合情況。在0到18天對小鼠的傷口進行攝影監測。燒傷膏組在前幾天表現出愈合趨勢，但是由于本身沒有抗菌性導致再次染菌引發潰爛。治療18天后，第4組傷口基本完全愈合，然而，其他組的傷口沒有完全閉合。這是由于水凝膠敷料提供了吸收大量組織液性能、本身固有抗菌性和負載的干細胞，為傷口愈合提供了完美的環境。與其他組相比，第4組主要以遷移的方式愈合。

圖2. 燒傷傷口愈合示意圖。

皮膚主要包括表皮和真皮，表層包括角質形成細胞，其增殖始于基底層并可支持皮膚穩態。真皮主要由成纖維細胞組成。傷口愈合的速度與完整性和協調性密切相關。因此，引導傷口再生所需的多功能敷料應考慮這些成分的作用。為了進一步探索多功能敷料如何加速傷口愈合，作者將材料與不同細胞，例如角質形成細胞（JB6，來自mic表皮）、成纖維細胞（L929，來自正常皮下乳和脂肪組織）、人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）、RAW 264.7、和神經細胞（RSC），共培養后進行基因測序。如圖3所示，材料能夠激活激活PI3K-Akt信號通路，促進組織再生。

圖3. 水凝膠敷料傷口愈合機理圖。

總結：作者成功開發了一種多功能DNA水凝膠，以促進燒傷傷口愈合和再生。DNA水凝膠整合系統敷料為干細胞增殖、生長和分化提供了類似于體內細胞外基質的溫床載體。細胞學、組織學和轉錄組學分析表明，DNA水凝膠整合系統具有促進傷口愈合、血管再生和神經再生的特征。另外，DNA水凝膠整合系統敷料可以激活PI3K-Akt信號通路，進一步增強組織再生。為再生醫學深入研究提供了基礎保障。
感謝國家自然基金委和北京科技大學基金支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202207466

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（責任編輯：xu）

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