功能性水凝胶促进皮肤创面的修复

皮肤创面是临床最常见病症之一,如何快速、高质量修复各种皮肤创面仍面临许多挑战。随着材料科学和生物医学的快速发展和交叉融合,水凝胶可通过灵活的结构修饰、联合不同功能成分等,集多种优良性能于一体,并被广泛应用于创面治疗与研究。该文分别从水凝胶的基质材料、特殊结构、复合特殊功能等方面阐述其对创面修复的促进作用。

白细胞介素4修饰的金纳米酶对糖尿病小鼠全层皮肤缺损的作用

目的探讨白细胞介素4修饰的金纳米酶颗粒(IL-4-AuNP)对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的作用及其机制。方法采用实验研究方法。改进文献中的方法合成金纳米酶颗粒(AuNP)及IL-4-AuNP,采用透射电子显微镜拍摄2种颗粒形貌并计算其粒径,采用纳米粒度电位仪和粒度分析仪分别检测2种颗粒的表面电位和水合粒径。采用过氧化氢检测试剂盒和超氧阴离子检测试剂盒检测IL-4-AuNP的过氧化氢清除率和超氧阴离子清除率。取小鼠成纤维细胞系3T3细胞,采用随机数字表法(下同)将其分为空白对照组、仅使用过氧化氢处理的单纯过氧化氢组、先使用IL-4-AuNP处理0.5 h再使用过氧化氢处理的过氧化氢+IL-4-AuNP组,培养24 h后,采用免疫荧光法检测细胞活性氧水平,采用细胞计数试剂盒8检测细胞相对存活率。取Raw264.7小鼠巨噬细胞,将其分为空白对照组和用IL-4-AuNP处理的IL-4-AuNP组,培养24 h后,采用免疫荧光法观测细胞中精氨酸酶1(Arg-1)的表达。取12只8~10周龄雄性BALB/c小鼠(小鼠周龄、性别、品系下同),分为IL-4-AuNP组和空白对照组,分别作相应处理。在分组处理第16天,采集小鼠全血分析全血中白细胞计数(WBC)、红细胞计数(RBC)、血红蛋白水平与血小板计数和天冬氨酸转氨酶(AST)、丙氨酸转氨酶(ALT)、尿素与肌酐水平;采用苏木精-伊红(HE)染色观察小鼠心、肝、脾、肺和肾组织的炎症、出血或坏死情况。另取36只鼠,制作糖尿病模型后,在其背部制作全层皮肤缺损创面,将创面分为空白对照组、单纯AuNP组和IL-4-AuNP组,每组12只鼠,分别进行相应处理。于分组处理第0(即刻)、4、9、15天,观察创面情况并计算创面面积。分组处理第9天,采用HE染色检测创面中新生上皮长度和肉芽组织厚度。分组处理第15天,采用免疫荧光法检测创面组织中活性氧水平及Arg-1阳性细胞数。样本数均为6。对数据行独立样本t检验、校正t检验、Tukey检验或Dunnett T3检验。结果AuNP及IL-4-AuNP大小均匀,其粒径、表面电位、水合粒径分别为(13.0±2.1)、(13.9±2.5)nm及(−45.8±3.2)、(−20.3±2.2)mV与(14±3)、(16±4)nm。IL-4-AuNP的过氧化氢清除率和超氧阴离子清除率分别为(69±4)%和(52±5)%。分组培养24 h后,单纯过氧化氢组3T3细胞活性氧水平明显高于空白对照组(q=26.12,P<0.05);过氧化氢+IL-4-AuNP组细胞活性氧水平明显低于单纯过氧化氢组(q=25.12,P<0.05),而与空白对照组接近(P>0.05)。分组培养24 h后,过氧化氢+IL-4-AuNP组3T3细胞相对存活率明显高于单纯过氧化氢组(t=51.44,P<0.05)。分组培养24 h后,IL-4-AuNP组Raw264.7细胞Arg-1的表达明显高于空白对照组(t'=8.83,P<0.05)。分组处理第16天,空白对照组和IL-4-AuNP组小鼠的WBC、RBC、血红蛋白水平与血小板计数和AST、ALT、尿素与肌酐水平比较差异均无统计学意义(P>0.05);IL-4-AuNP组小鼠的心、肝、脾、肺、肾等重要脏器中均未观察到明显的炎症、出血或坏死,与空白对照组相比,无明显变化。分组处理第0、4天,空白对照组、单纯AuNP组和IL-4-AuNP组糖尿病小鼠创面面积比较差异均无统计学意义(P>0.05)。分组处理第9天,单纯AuNP组和IL-4-AuNP组创面面积均明显小于空白对照组(q值分别为9.45、14.87,P<0.05),IL-4-AuNP组创面面积显著小于单纯AuNP组(q=5.42,P<0.05)。分组处理第15天,单纯AuNP组和IL-4-AuNP组创面面积均明显小于空白对照组(q值分别为4.84、20.64,P<0.05),IL-4-AuNP组创面面积显著小于单纯AuNP组(q=15.80,P<0.05);且IL-4-AuNP组创面部位红、肿等炎症反应较其他2组明显减轻。分组处理第9天,相比于空白对照组和单纯AuNP组,IL-4-AuNP组糖尿病小鼠创面中新生上皮长度明显更长(P值均<0.05),创面中的肉芽组织厚度显著增厚(q值分别为11.33、9.65,P值均<0.05)。分组处理第15天,相比于空白对照组,单纯AuNP组和IL-4-AuNP组糖尿病小鼠创面组织的活性氧水平均明显降低(P<0.05)。分组处理第15天,IL-4-AuNP组糖尿病小鼠创面中Arg-1阳性的细胞数显著多于空白对照组和单纯AuNP组(P值均<0.05)。结论IL-4-AuNP在体使用安全,可以通过清除活性氧改善氧化微环境和诱导巨噬细胞向M2表型极化,促进糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面高效愈合与修复再生。

乳酸乳球菌温敏水凝胶对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的影响及其机制

目的探讨乳酸乳球菌温敏水凝胶对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的影响及其机制。方法(1)按照菌与培养基体积比为1∶100用M17GS液体培养基培养约5×108集落形成单位/mL乳酸乳球菌(浓度下同),分别于培养0(即刻)、2、4、6、8、10、12 h用酶标仪观测其生长情况。另取该菌菌落同前处理并于相同时间点收集培养基分离细菌培养上清液,用台式pH计测定pH值,并用L-乳酸检测分析试剂盒测定培养0(即刻)、2、4、8、12 h的L-乳酸浓度(样本数为3)。(2)将泊洛沙姆温敏聚合物与M17GS液体培养基按照质量与体积比为0.2 g∶1 mL充分混匀,制备单纯温敏水凝胶。按照菌与水凝胶体积比1∶100在单纯温敏水凝胶中加入乳酸乳球菌,充分混匀后制备乳酸乳球菌温敏水凝胶,分别在4、37℃孵育以及成胶后再4℃孵育观察其形态;通过流变仪测定乳酸乳球菌温敏水凝胶在10~40℃的储能模量与损耗模量,同时观察成胶温度;将乳酸乳球菌温敏水凝胶冷冻干燥后,通过扫描电子显微镜观察其表面及其中乳酸乳球菌的形态结构。(3)将小鼠巨噬细胞系Raw264.7细胞用终质量浓度分别为100、10 ng/mL内毒素/脂多糖与γ干扰素培养24 h刺激M1型极化,将细胞分为空白对照组(不做其他处理)、乳酸乳球菌温敏水凝胶组和乳酸组。乳酸乳球菌温敏水凝胶组细胞加入1 mL乳酸乳球菌温敏水凝胶,乳酸组细胞加入终物质的量浓度为30 mmol/L乳酸,37℃培养24 h后,通过实时荧光定量反转录PCR(RT-PCR)法检测M2型巨噬细胞标志物精氨酸酶1、CD206的mRNA表达量(样本数为3),采用免疫荧光法检测精氨酸酶1和CD206的蛋白定位与表达。(4)取15只8~10周龄雌性BALB/c小鼠,通过链脲佐菌素联合高糖高脂饲料的方法诱导为糖尿病小鼠模型后,在每只小鼠背部制作直径6 mm全层皮肤缺损创面,采用随机数字表法将小鼠分为空白对照组(不做其他处理)、单纯温敏水凝胶组和乳酸乳球菌温敏水凝胶组,每组5只。水凝胶处理2组小鼠伤后即刻分别滴加200μL相应水凝胶至创面,每天更换水凝胶。水凝胶处理2组小鼠处理0(即刻)、3、6、9、12 d后,观察创面愈合情况,测量创面面积;处理12 d后,取创面组织,行苏木精-伊红染色观察肉芽组织厚度,采用免疫荧光法观测CD206、M1型巨噬细胞标志物诱导型一氧化氮合酶(iNOS)阳性细胞。空白对照组小鼠于前述相同时间点进行相应观测。(5)取9只8~10周龄雌性BALB/c小鼠同实验(4)方法诱导糖尿病小鼠模型后,采用随机数字表法分为正常皮肤组(不做其他处理)、单纯创面组、乳酸乳球菌温敏水凝胶组,每组3只。单纯创面组与乳酸乳球菌温敏水凝胶组小鼠按照实验(4)方法制成全层皮肤缺损创面,前一组小鼠伤后不做其他处理,后一组小鼠伤后即刻滴加200μL乳酸乳球菌温敏水凝胶至创面。水凝胶处理组小鼠处理1 d后,取创面组织,通过实时荧光定量RT-PCR法检测白细胞介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)和核因子κB mRNA表达量;眼球取血后,通过全自动血细胞分析仪检测外周血白细胞计数、淋巴细胞计数和单核细胞计数,通过L-乳酸检测分析试剂盒测定血清L-乳酸浓度。于前述相同时间点,取正常皮肤组小鼠相应部位正常皮肤组织、单纯创面组小鼠创面组织及2组小鼠血液进行相应检测。对数据行单因素方差分析、重复测量方差分析、Tukey和Dunnett检验。结果(1)乳酸乳球菌于培养约6 h生长达到平台期。乳酸乳球菌培养上清液中,pH值逐渐降低,至培养8 h下降至最低值4.9左右;L-乳酸浓度逐渐升高,至培养8 h达到最高值约70 mmol/L。(2)乳酸乳球菌温敏水凝胶在4℃为液体溶胶态,在37℃为固体凝胶态,成胶后于4℃孵育后再次变为液体溶胶态;成胶温度约为25℃,成胶后储能模量约为3000 Pa、损耗模量约为1000 Pa。扫描电子显微镜下可见,乳酸乳球菌温敏水凝胶为疏松三维多孔结构,乳酸乳球菌为椭球形并被包裹在水凝胶内部。(3)培养24 h,与空白对照组比较,乳酸乳球菌温敏水凝胶组、乳酸组巨噬细胞中精氨酸酶1表达量显著升高(q=11.620、15.250,P<0.01)、CD206 mRNA表达量显著升高(q=16.770、19.030,P<0.01),定位于细胞膜的CD206蛋白和定位于细胞质的精氨酸酶1蛋白表达明显升高;乳酸组巨噬细胞中精氨酸酶1、CD206 mRNA表达量与乳酸乳球菌温敏水凝胶组相近(q=3.629、2.259,P>0.05)。(4)处理3~12 d后,与空白对照组和单纯温敏水凝胶组比较,乳酸乳球菌温敏水凝胶组小鼠创面愈合速度更快,创面面积明显缩小,创缘炎症减轻。乳酸乳球菌温敏水凝胶组小鼠处理3、6、9、12 d后创面面积[(25.8±5.9)、(21.2±4.6)、(16.0±2.4)、(8.4±2.4)mm2]较空白对照组[(31.8±5.3)、(28.0±3.4)、(22.6±3.7)、(17.0±1.0)mm2]显著缩小(q=3.506、3.973、3.856、5.025,P<0.05或P<0.01),处理3、6 d后创面面积较单纯温敏水凝胶组显著缩小(q=3.739、3.739,P<0.05)。处理12 d后,与空白对照组和单纯温敏水凝胶组比较,乳酸乳球菌温敏水凝胶组小鼠创面肉芽组织更厚,创面组织中iNOS阳性细胞明显减少且CD206阳性细胞明显增多。(5)处理1 d后,单纯创面组小鼠创面组织中IL-1β、TNF-α和核因子κB mRNA表达量显著高于正常皮肤组小鼠正常皮肤组织(q=9.253、4.819、6.020,P<0.01),与乳酸乳球菌温敏水凝胶组相近(q=2.850、2.735、2.556,P>0.05);单纯创面组小鼠外周血白细胞计数、淋巴细胞计数与单核细胞计数显著高于正常皮肤组(q=3.523、5.373、5.279,P<0.05或P<0.01),与乳酸乳球菌温敏水凝胶组相近(q=0.621、1.240、1.293,P>0.05);3组小鼠血清L-乳酸浓度均保持在正常范围内且组间总体比较差异无统计学意义(F=4.095,P>0.05)。结论乳酸乳球菌温敏水凝胶在糖尿病全层皮肤缺损小鼠创面局部使用安全,能够通过原位生产投递乳酸,促进巨噬细胞从M1型向M2型极化,重塑创面愈合微环境,促进创面的高效愈合。

氧化铜纳米酶对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面修复的作用及其机制

目的探讨氧化铜纳米酶对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面修复的作用及其机制。方法(1)采用氯化铜与L-抗坏血酸反应的方法合成氧化铜纳米酶。采用透射电子显微镜观察氧化铜纳米酶大小和形貌,动态光散射粒度分析仪和纳米粒度电位仪分别分析其水合粒径和表面电位。(2)采用过氧化氢检测试剂盒、超氧阴离子检测试剂盒、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺显色剂分别测定150 ng/mL氧化铜纳米酶的过氧化氢、超氧阴离子、羟自由基清除能力,计算过氧化氢、超氧阴离子、羟自由基清除比例(样本数均为3)。(3)将小鼠成纤维细胞系3T3细胞采用随机数字表法(分组方法下同)分为空白对照组、单纯过氧化氢组和过氧化氢+氧化铜组,每组3孔。将终质量浓度25 ng/mL的氧化铜纳米酶加入过氧化氢+氧化铜组细胞中预处理30 min。然后,在单纯过氧化氢组和过氧化氢+氧化铜组细胞中各加入终物质的量浓度250μmol/L过氧化氢,空白对照组常规培养。培养24 h后,采用2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯荧光探针检测细胞内活性氧水平(以绿色荧光强度表示),细胞计数试剂盒8法检测并计算细胞存活率。(4)取10只6~8周龄雄性BALB/c小鼠(性别、鼠龄下同),分为磷酸盐缓冲液(PBS)组与氧化铜组,每组5只。氧化铜组小鼠经尾静脉注射200 ng/mL的氧化铜纳米酶800 ng/kg,PBS组小鼠注射等体积的PBS。2组小鼠均每天注射1次,连续注射7 d。于第8天,取每组5只小鼠,采血行血细胞与血清生化分析,处死后收集心、肝、脾、肺和肾行苏木精-伊红(HE)染色后组织病理学观察。(5)取20只小鼠分为PBS组与氧化铜组,每组10只。采用链脲佐菌素及高糖高脂饮食法诱导糖尿病,并在其背部制作直径6 mm的全层皮肤缺损创面。伤后即刻,PBS组小鼠创面滴加20μL PBS,氧化铜组小鼠创面滴加20μL 200 ng/mL的氧化铜纳米酶,连续处理12 d。每组选定3只小鼠分别于伤后0(即刻)、3、6、9、12 d观察创面愈合情况,并计算创面未愈合面积。伤后6 d,每组取未行创面观察的3只小鼠,处死后酶联免疫吸附测定法测定创面组织中白细胞介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、IL-6含量。伤后12 d,处死2组各剩余7只小鼠,行HE染色并观察创面新生上皮长度,行二氢乙锭荧光探针染色观察活性氧水平(以红色荧光强度表示)。对数据行单因素方差分析、重复测量方差分析、独立样本t检验、Bonferroni检验。结果(1)制备的氧化铜纳米酶大小均匀,在干燥状态下平均直径为3.5~4.0 nm,水合粒径约为4.5 nm,表面电位为(-9.8±0.3)mV。综合判定,成功制备了氧化铜纳米酶。(2)氧化铜纳米酶分别处理2 h、10 min、5 min后,过氧化氢、超氧阴离子、羟自由基清除比例分别为(77±5)%、(45±5)%、(84±4)%。(3)培养24 h后,单纯过氧化氢组细胞内活性氧水平急剧增高,细胞形态异常且数量减少;过氧化氢+氧化铜组细胞内活性氧水平明显降低,细胞形态与空白对照组相比无明显变化。单纯过氧化氢组细胞存活率明显低于空白对照组和过氧化氢+氧化铜组(P<0.01),而过氧化氢+氧化铜组细胞存活率与空白对照组相近。(4)注射7 d后,PBS组和氧化铜组小鼠肝功能指标、肾功能指标、血细胞相关指标均相近;氧化铜组小鼠的心、肝、脾、肺和肾中,均未观察到组织坏死、充血或出血,与PBS组无明显差别。(5)氧化铜组小鼠创面相比PBS组表现出更快的愈合趋势,创面红肿情况较轻。氧化铜组小鼠伤后6、9、12 d创面未愈合面积分别为(28.8±1.9)、(17.6±3.8)、(10.4±1.8)mm^2,明显小于PBS组的(38.0±4.3)、(30.2±3.0)、(24.2±3.0)mm2(t=3.706、5.075、5.558,P<0.01)。伤后6 d,氧化铜组小鼠创面IL-1β、TNF-α、IL-6含量均明显低于PBS组(t=6.115、11.762、11.725,P<0.01)。伤后12 d,氧化铜组小鼠创面新生上皮长度长于PBS组,创面组织活性氧水平明显低于PBS组。结论氧化铜纳米酶不仅具有良好的生物相容性,同时具有高效的活性氧清除活性,能够消除糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面过量表达的活性氧,降低氧化应激、减轻炎症,促进创面修复。