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浙江大學姚克、韓海杰團隊 Sci. Adv.：基底膜仿生水凝膠促進角膜損傷少瘢痕化愈合

2024-12-23 來源：高分子科技

在包括中國在內的廣大發展中國家，角膜盲是僅次于白內障的第二大致盲性眼病，全球范圍內有1200多萬角膜盲患者。角膜外傷、感染等多種疾病均會對角膜的正常結構和生理機能造成破壞，引發角膜損傷愈合級聯反應，導致角膜瘢痕性失明。角膜上皮基底膜是在角膜上皮和基質層之間形成的高度特化的細胞外基質。其功能在于錨定角膜上皮細胞，支持其生長分化；并且可以通過結合局部細胞因子，調節其濃度，從而影響細胞功能。在角膜損傷的背景下，上皮基底膜屏障被破壞，使得上皮來源的細胞因子大量涌入基質層，放大損傷愈合級聯反應，造成角膜瘢痕。由此可見，基底膜屏障對于決定角膜損傷愈合的結局具有關鍵作用。

近期，浙江大學眼科醫院/浙大二院眼科中心姚克教授和韓海杰研究員團隊構建了基底膜仿生水凝膠，用于角膜損傷的治療。該研究從剖析人角膜基底膜的組分入手，通過透射電鏡、免疫染色等手段，確定了基底膜的重要組分，包括膠原和硫酸肝素。進一步借助模擬計算分析，驗證肝素對于角膜損傷相關細胞因子具有較強的相互作用。基于前期結果，研究人員將膠原蛋白衍生的明膠和高度硫酸化的肝素經修飾后，制備得到了基底膜仿生水凝膠（圖1）。仿生水凝膠具有良好的吸附角膜損傷相關細胞因子的能力，并限制因子的擴散，從而模擬了天然角膜基底膜的屏障功能。在新西蘭兔和食蟹猴角膜損傷模型中，基底膜仿生水凝膠均有效促進了角膜損傷愈合，并顯著抑制了角膜纖維化的進展（圖2）。該研究以“Biologically inspired bioactive hydrogels for scarless corneal repair”為題發表在《Science Advances》上（Sci Adv., 2024, 10(51):eadt1643.）。文章第一作者是浙江大學博士研究生黃佳男、蔣拓穎和郄繼巧。該研究得到國家自然科學基金和浙江省重點研發計劃等的支持。

圖1. 由人角膜上皮基底膜啟發設計的仿生水凝膠

圖2. 基底膜仿生水凝膠在食蟹猴角膜損傷模型中促進角膜損傷、抑制角膜纖維化的效果評估及相關機制研究

該工作是以角膜損傷修復過程中，“基底膜受損導致角膜上皮來源細胞因子放大損傷愈合級聯反應，導致瘢痕形成”這一病理機制為切入點，突破主流研究致力于促進損傷愈合而忽略瘢痕形成的局限性，創新性地結合組織工程學手段，提出通過重建基底膜屏障來調控損傷愈合級聯反應，實現角膜有序再生和修復的新策略（圖3）。該基底膜仿生水凝膠既能用于預防角膜損傷后瘢痕形成，又能替代角膜移植術去除已有的角膜瘢痕，實現“防治一體”。

圖3. 基底膜仿生水凝膠促進角膜損傷少瘢痕化愈合

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt1643

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（責任編輯：xu）

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