可註射水凝膠促進感染傷口的愈合

蛋白質是所有組織的關鍵組成部分,由於其優越的生物相容性和低的免疫原性,在組織工程中得到瞭廣泛的應用。然而,天然蛋白質通常缺乏血管化、骨誘導和神經分化等活性功能,限制瞭其作為功能性生物材料的進一步應用。此外,由於其結構復雜、易失活、變性等特點,造成其修飾困難。因此,需要尋求一種新方法進行特定的功能修飾,以豐富蛋白質基生物材料的功能,從而使功能性蛋白質基生物材料得到推廣、設計和應用。

多肽具有抗菌,傷口愈合,抗腫瘤等作用。然而,目前多肽的改性大多局限於生物材料的表面,對修復組織缺損的3D材料的改性仍存在困難。因此,具有一定活性功能的3D多肽生物材料有望為多肽生物材料的設計開辟新的思路。

近日,上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院/上海市傷骨科研究所的劉志宏、崔文國、鄧廉夫等人根據牛血清白蛋白(BSA)類細胞外基質的特性,通過巰基化的BSA、KK多肽和Ag+的協同交聯,成功構建瞭具有血管化和抗菌能力的可註射性多肽蛋白水凝膠,用於促進感染傷口的愈合。其中,S-Ag動態相互作用賦予水凝膠獨特的快速降解、可註射、自愈合、抗菌和血管生成能力。該多功能3D多肽蛋白水凝膠在感染傷口愈合等生物醫學領域具有廣闊的應用前景。相關成果以“Injectable Polypeptide-Protein Hydrogels for Promoting Infected Wound Healing”為題發表在期刊Advanced Functional Materials。

可註射水凝膠促進感染傷口的愈合

【圖文速遞】

1. KK-BSA凝膠的制備過程

首先,Traut’s 試劑處理BSA得到BSA-SH。然後BSA-SH與KK-SH和AgNO3混合,通過S-Ag配位交聯原位形成多肽蛋白水凝膠(KK-BSA凝膠)。

可註射水凝膠促進感染傷口的愈合
圖1 KK-BSA凝膠的制備及修復感染傷口的作用過程示意圖。A) 用BSA-SH、KK-SH和Ag+構建瞭動態S-Ag配位水凝膠。B) KK-BSA水凝膠原位修復感染傷口的動態過程:在促進感染傷口愈合的同時,不斷釋放促進KK多肽和抗菌Ag+的新生血管。C) 將水凝膠註入感染創面,促進傷口愈合。

2. KK-BSA凝膠的表征

BSA凝膠和KK-BSA凝膠都具有均一的孔狀結構。BSA與KK多肽混合後具有優異的流動性,加入AgNO3混合後就形成瞭具有一定強度的凝膠。研究結果表明KK-BSA凝膠具有可註射性和自修復性。

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圖2 水凝膠的形貌和表征。A) 合成BSA和KK-BSA凝膠的化學方程式。B、C)BSA和KK-BSA凝膠的掃描電鏡圖。D、E) KK-BSA水凝膠的凝膠過程。F、G)凝膠的可註射性照片。H–K)KK-BSA凝膠自修復性。O) 自修復機制示意圖:S-Ag動態可逆鍵。

3. KK-BSA凝膠的體外效果

細胞實驗表明,KK-BSA凝膠具有良好的生物相容性,並通過S-Ag雙鍵的解離和Ag+的釋放起到良好的抗菌作用。此外,KK多肽能提高VEGF的表達水平,促進血管再生。

可註射水凝膠促進感染傷口的愈合
圖3 A) 對照組、BSA組和KK-BSA組1、3和5天的活/死熒光結果。B) 對照組、BSA組和KK-BSA組的HUVECs在12h的體外血管形成能力。C)BSA和KK-BSA凝膠對金黃色葡萄球菌的抗菌敏感性,12h和24h進行瓊脂擴散實驗。D)不同組在1、3和5天的CCK-8定量結果。E) BSA和KK-BSA組金黃色葡萄球菌的抑制區直徑。F) 對照組、BSA組和KK-BSA組12h時的總血管長度。

4. KK-BSA凝膠的體內效果

由於早期大量釋放銀離子和KK肽,BSA和KK-BSA水凝膠組第7天的愈合率均高於對照組。隨著治療時間的延長,KK-BSA組傷口愈合面積持續增加,第14天傷口愈合率達到95.8±1.2%,表現出優異地促進感染傷口愈合作用和抗菌能力。

可註射水凝膠促進感染傷口的愈合
圖4 體內感染傷口愈合。A) 第0、3、7、10和14天接受不同治療的傷口組織照片。B) 不同組在體內的傷口愈合界限。黃色皮膚張力區表示初始傷口面積,藍色區域表示3、7、10和14天的傷口面積。C) 各時間點不同組的傷口愈合率。

全文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202001196

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