微針（MNs）具有獨(dú)特的三維立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，是組織固定和藥物輸送的理想候選者。然而，現(xiàn)有的水凝膠MNs在膨脹后表現(xiàn)出較差的力學(xué)性能，并且需要復(fù)雜的制備工藝，阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。因此，西南大學(xué)藍(lán)廣芊、陸飛團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了殼聚糖纖維增強(qiáng)絲素MN貼片，其中含有表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯（SCEMN）。通過(guò)引入甲酸-氯化鈣體系制備了具有良好內(nèi)在粘附性的水凝膠MNs，殼聚糖纖維作為增強(qiáng)材料的摻入提高了機(jī)械強(qiáng)度和粘度，從而增加了與組織的物理纏結(jié)和保持形狀的能力。插入力較低的SCEMN與豬皮粘附牢固，最大剝離力為11.98 N/ cm2。此外，SCEMN具有優(yōu)異的抗氧化和抗菌性能，促進(jìn)巨噬細(xì)胞從M1向M2極化，與商業(yè)產(chǎn)品Tegaderm?相比，在體內(nèi)對(duì)糖尿病傷口修復(fù)表現(xiàn)出更優(yōu)越的性能。這項(xiàng)研究是纖維增強(qiáng)水凝膠MNs用于增強(qiáng)組織粘附的首次試驗(yàn)。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了這種創(chuàng)新方法對(duì)推進(jìn)MN技術(shù)增強(qiáng)組織粘連和加速傷口愈合的重要性。
研究?jī)?nèi)容
為了制造滲透力低、力學(xué)性能強(qiáng)、表面附著力好的MN貼片，作者設(shè)計(jì)了CS纖維增強(qiáng)MN貼片（圖1a）。采用FA-Ca（甲酸-氯化鈣）溶劑體系制備SF溶液，并加入CS/EGCG（殼聚糖/表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯）纖維。通過(guò)模板澆鑄法制備了SF-CS/EGCG MN （SCEMN）貼片。引入CS（殼聚糖）纖維可提高純SFMN貼片的力學(xué)性能，避免其在與織物接觸時(shí)發(fā)生超前變形。此外還具有雙面尖端結(jié)構(gòu)（圖1b）及將SCEMN貼片定制成各種形狀（圖1c），適用于不規(guī)則組織傷口。
圖1 纖維增強(qiáng)微針（MN）貼片的制造。a制造過(guò)程的示意圖和纖維增強(qiáng)圖。b雙面微針的光學(xué)圖像。c顯示基于折紙?jiān)O(shè)計(jì)的MN貼片的各種折疊方法的照片。
圖2a-d的中FTIR表明，經(jīng)過(guò)甲酸-氯化鈣處理后，絲素蛋白分子鏈從規(guī)則排列的β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)規(guī)卷曲。圖2 f，g分別從拉曼光譜的酰胺I區(qū)分析干和濕FA-CA處理的SF的二級(jí)結(jié)構(gòu)。圖2 j為純殼聚糖（CS）和CS/表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯（EGCG）的O1s和N1s X射線光電子能譜曲線的窄掃描。圖2 k為纖維增強(qiáng)的G’和G”的變化。
圖2 結(jié)構(gòu)和流變性能表征
圖3顯示殼聚糖纖維在磷酸鹽緩沖鹽水中以特定時(shí)間間隔孵育后溶脹的光學(xué)顯微鏡圖像。PBS孵育后CS纖維的形態(tài)學(xué)變化如圖3a所示。最初，均勻直徑的短CS纖維隨機(jī)分散在SF膜中；然而，在吸收水分纖維膨脹后，填滿了整個(gè)視野。單根CS纖維的初始直徑約為20 μm，表明連續(xù)增加吸水時(shí)間后膨脹了3倍（圖3b）。圖3c-d通過(guò)插入瓊脂糖凝膠后，SFMN和SCEMN的體積在插入凝膠后急劇增加，CS纖維引入提供了額外的膨脹，有利于與周圍組織的物理纏結(jié)。圖3e-g 通過(guò)皮膚中滲透的有限元模型表明，SCEMNs穿透后保持完整，機(jī)械強(qiáng)度良好，與流變?cè)囼?yàn)結(jié)果一致。
圖3 微針的溶脹行為分析及有限元模擬
為了評(píng)估SCEMN貼片的粘附性能，進(jìn)行了三種典型的力學(xué)試驗(yàn)，分別使用剪切試驗(yàn)（圖4a）、剝離試驗(yàn)（圖4b）和拉伸試驗(yàn)（圖4c）量化抗剪強(qiáng)度、界面韌性和抗拉強(qiáng)度。圖4b-f表明CS纖維的加入增強(qiáng)了粘接強(qiáng)度，提高了濕組織的粘附性，CS纖維的引入導(dǎo)致楊氏模量（73.1 kPa）明顯高于SFMN貼片（16.9 kPa）（圖4f）。楊氏模量的增加表明纖維增強(qiáng)MN貼片在皮膚插入過(guò)程中有效抵抗變形。
圖4 體外定量和定性粘附試驗(yàn)
采用糖尿病小鼠全層皮膚創(chuàng)面模型驗(yàn)證SCEMN貼片的治療效果。與對(duì)照組、商業(yè)敷料組相比，SCMN組的創(chuàng)面愈合效果更好。圖5d為H&E和Masson染色，結(jié)果表明與對(duì)照組、商業(yè)敷料組相比，SCEMN組表現(xiàn)出比其他組更有序的肉芽組織形成，更快的形態(tài)愈合，更整齊的再表皮結(jié)構(gòu)，厚度更接近正常皮膚。在愈合過(guò)程中，各組膠原蛋白密度逐漸升高，其中SCEMN組膠原沉積最多，表現(xiàn)出緊密編織的纖維和更規(guī)則的方向。圖5e表明SCEMN可以在炎癥早期介導(dǎo)巨噬細(xì)胞從M1向M2極化，從而消除了氧化、促炎和促溶糖尿病傷口微環(huán)境。生長(zhǎng)因子的分泌進(jìn)一步增強(qiáng)了細(xì)胞增殖，刺激了再上皮化，并增加了膠原沉積和血管生成。
圖5 含有表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯（SCEMN）貼片的殼聚糖纖維增強(qiáng)絲素MN貼片加速糖尿病小鼠模型的傷口愈合。
結(jié)論
綜上所述，為了解決溶脹水凝膠MN的力學(xué)性能和組織固定性差的問(wèn)題，研究提出了一種雙面結(jié)構(gòu)的CS纖維增強(qiáng)MN貼片。與目前可用的選項(xiàng)相比，新型SCEMN通過(guò)鈣修飾的絲素蛋白衍生表面粘附的構(gòu)象轉(zhuǎn)變和纖維增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)了卓越的組織粘附性。SCEMN貼片具有更好的力學(xué)性能，對(duì)豬皮膚、肝臟和豬肉組織具有更好的粘附性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了SCEMN的修復(fù)性能（愈合率:96.9%）優(yōu)于市售產(chǎn)品（愈合率:87.1%）。此外，通過(guò)免疫熒光染色和ELISA驗(yàn)證SCEMN在M1向M2表型轉(zhuǎn)化和生長(zhǎng)因子分泌加速創(chuàng)面修復(fù)中的作用。這種纖維增強(qiáng)水凝膠MN貼片為制備特殊形狀的MN貼片提供了方便的途徑。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s42765-024-00439-z
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