摘要
皮膚抗衰老治療正變得越來(lái)越受歡迎，目前主流的治療方法包括在皮下植入皮膚張力調(diào)節(jié)線（皮膚提升線）和射頻治療。研究團(tuán)隊(duì)受蜘蛛絲自然超收縮的啟發(fā)，在這項(xiàng)研究中將絲素蛋白纖維的分子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)為定向構(gòu)型。這種改性賦予絲素蛋白具有水響應(yīng)自收縮能力，從而有了創(chuàng)新的自收縮絲基皮膚張力器（SSSTs）的開(kāi)發(fā)。為了符合臨床要求，通過(guò)測(cè)試皮膚張力調(diào)節(jié)材料的自收縮、近紅外激光加熱功能和抗菌性能來(lái)對(duì)其進(jìn)行功能化。SSSTs具有顯著的自收縮性能、載藥和緩釋能力、顯著的抗菌效果、可控降解和良好的生物相容性。此外，近紅外光加熱功能有效地提高了皮下溫度，證明了其具有增強(qiáng)和延長(zhǎng)皮膚提拉效果的潛力。因此，SSSTs可用于調(diào)節(jié)皮膚張力，以改善和延緩皮膚衰老。該研究結(jié)果可能為皮膚年輕化的新型策略鋪平道路，并對(duì)皮膚抗衰老領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛影響。
一、SSSTs的設(shè)計(jì)和制造
SSSTs植入皮膚組織后，吸收皮膚組織下的血液或組織液以實(shí)現(xiàn)收縮，從而影響和收緊部分皮下筋膜，直接提拉松散的皮膚組織。SSSTs在收縮后會(huì)導(dǎo)致部分機(jī)械刺激，刺激成纖維細(xì)胞產(chǎn)生新的膠原纖維，從而實(shí)現(xiàn)膠原重塑、皮膚組織重排和中長(zhǎng)期穩(wěn)定提皮效果。參考射頻（RF）技術(shù)在美容醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用原理，SSSTs的近紅外光加熱功能是利用金納米棒材料的光熱轉(zhuǎn)換性能設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的。利用絲素蛋白的易功能化能力，將氨芐西林鈉負(fù)載在SSSTs上，實(shí)現(xiàn)SSSTs的緩慢藥物釋放和抗菌功能，達(dá)到抑制細(xì)菌和減少術(shù)后炎癥反應(yīng)的目的。圖1b顯示了SSSTs的制備過(guò)程。通過(guò)濕伸展操作實(shí)現(xiàn)自收縮功能。近紅外激光加熱和抗菌功能通過(guò)摻雜和表面涂層操作實(shí)現(xiàn)。
圖1 SSSTs的設(shè)計(jì)和制造
二、SSSTs的機(jī)械性能、自收縮行為及其對(duì)SSSTs力學(xué)性能的影響
優(yōu)異的機(jī)械性能是智能皮膚張力調(diào)節(jié)材料的關(guān)鍵先決條件。絲素蛋白是一種具有優(yōu)越機(jī)械性能的天然生物材料。絲素蛋白材料的機(jī)械性能與其分子量分布密切相關(guān)，分子量分布可以通過(guò)調(diào)節(jié)脫膠時(shí)間來(lái)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示脫膠時(shí)間為30分鐘的絲素蛋白的楊氏模量達(dá)到最大值40MPa（濕態(tài)），表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的延展性。因此，該研究選擇脫膠時(shí)間為30分鐘（M）的絲素蛋白溶液來(lái)制作SSSTs。衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）結(jié)果表明30M絲素蛋白表現(xiàn)出最高的結(jié)晶度和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度。
絲素蛋白是一種天然聚合物，其空間構(gòu)象主要由重鏈的氫鍵維持。當(dāng)絲素蛋白浸入水中時(shí)，水分子滲透到絲素蛋白的無(wú)定形區(qū)域，破壞氫鍵，將分子鏈轉(zhuǎn)化為無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)。這種改變?cè)黾恿私z素蛋白的可塑性。在這項(xiàng)研究中，將預(yù)取向的絲素蛋白材料保持在拉伸狀態(tài)并干燥。干燥后，其分子鏈之間的氫鍵重新結(jié)合，使絲素蛋白在預(yù)拉伸狀態(tài)下的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（圖2a）。
如圖2b所示，隨著預(yù)拉伸的增加，二維廣角X射線散射（2D-WAXS）圖案的形狀從同心環(huán)變?yōu)閳A弧，這表明用外力預(yù)拉伸后獲得的SSSTs的取向程度顯著提高。收縮后SSSTs的定向程度顯著降低。2D-WAXS結(jié)果驗(yàn)證了SSSTs的分子結(jié)構(gòu)和自收縮性能之間的關(guān)系。
SSSTs的自收縮程度與其含水量密切相關(guān)。為了展示SSSTs的整體性能，該研究設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一個(gè)微電梯模型。結(jié)果表明，收縮過(guò)程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力可以用作執(zhí)行機(jī)械工作的微升降機(jī)。絲素蛋白材料的結(jié)構(gòu)在預(yù)拉伸操作后會(huì)發(fā)生變化，從而改變其機(jī)械性能。通過(guò)測(cè)試絲素蛋白在預(yù)拉伸前后的力學(xué)性能，表明機(jī)械增強(qiáng)有了實(shí)質(zhì)性改善（圖2f）。
圖2 SSSTs自收縮性質(zhì)的描述
三、SSSTs的藥物釋放和抑菌能力、近紅外光加熱性能、生物降解和生物相容性
使用紫外分光光度法測(cè)定載藥SSSTs的藥物釋放能力。以PBS為背景，使用不同濃度氨芐西林鈉的吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算釋放的氨芐西林鈉量。隨著時(shí)間的推移，氨芐西林鈉鈉從氨芐西林鈉包被的SSSTs中持續(xù)釋放（圖3a），這表明絲素蛋白的藥物負(fù)載和持續(xù)釋放特性，以及絲素蛋白作為持續(xù)藥物釋放載體材料的有前景和廣泛的應(yīng)用。
為了評(píng)估SSST的體外抑菌效果，該研究進(jìn)行了體外抑菌實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示載藥SSST產(chǎn)生的抑制區(qū)比對(duì)照絲素蛋白絲產(chǎn)生的抑制帶大得多。表明載藥SSSTs在體外具有顯著的抗菌性能。將負(fù)載藥物的SSSTs（SSSTs組）和對(duì)照線（對(duì)照組）植入SD大鼠的背部，并將等量的金黃色葡萄球菌注射到植入線的手術(shù)部位。感染圖像和標(biāo)準(zhǔn)菌落形成單位（CFU）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，載藥SSSTs可以顯著殺死周圍的細(xì)菌，減少術(shù)后感染。
最近，金納米材料在醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了克服傳統(tǒng)皮膚提拉線持久提拉效果有限的問(wèn)題和當(dāng)前射頻治療的缺點(diǎn)，本研究利用金納米棒（AuNRs）的光熱轉(zhuǎn)換特性在SSSTs外層設(shè)計(jì)了一個(gè)近紅外加熱層。研究結(jié)果表明SSSTs的近紅外光加熱功能是通過(guò)將AuNR摻雜到絲蛋白溶液中并將其涂覆到絲素基線上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
絲素蛋白的降解是由蛋白酶引發(fā)的。因此，在本研究中，使用蛋白酶K在體外研究了自體絲素絲的降解性。降解時(shí)間-剩余質(zhì)量曲線的結(jié)果（圖S7（a））表明，隨著時(shí)間的推移，降解增加，絲素蛋白線在其大分子鏈的任何位置都被切割。整體酶水解是由表面侵蝕引起的。通過(guò)比色法測(cè)定HRP的釋放，這反映了絲素蛋白絲的降解。隨著時(shí)間的推移，顏色發(fā)展增加，表明SSSTs顯示出良好的可控降解性能。
良好的生物相容性是植入生物材料的先決條件。通過(guò)研究SSSTs對(duì)人皮膚成纖維細(xì)胞（HS27）和角質(zhì)形成細(xì)胞（HaCaT）生長(zhǎng)和增殖的影響，結(jié)果顯示SSST組和對(duì)照組的細(xì)胞增殖或生長(zhǎng)狀態(tài)沒(méi)有顯著差異。因此，SSSTs表現(xiàn)出良好的生物相容性，表明其在體內(nèi)的適用性。
圖3 SSSTs的體外和體內(nèi)性能
四、SSSTs對(duì)SD大鼠的治療效果
圖4c顯示了SSSTs植入SD大鼠前后標(biāo)記之間距離的變化，指示了植入部位。SSSTs植入前后標(biāo)記之間的距離從3.0cm縮短到2.7cm，即縮短了10%。植入后即刻收縮效果顯著。對(duì)植入部分的組織進(jìn)行Masson三色染色、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）染色和組織學(xué)分析。植入后第12周，SSSTs周圍組織中的膠原蛋白含量顯著增加。這些結(jié)果為SSST在皮膚張力調(diào)節(jié)中的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。圖4e顯示膠原蛋白含量和皮膚密度都隨著植入后時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。SSSTs的植入導(dǎo)致新膠原蛋白的產(chǎn)生，近紅外光加熱進(jìn)一步促進(jìn)了新膠原蛋白的生產(chǎn)。
圖4 SD大鼠SSSTs植入
結(jié)論
綜上所述，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于自收縮絲的皮膚張力調(diào)節(jié)智能材料。這種材料為增強(qiáng)皮膚張力、改善或延緩皮膚衰老提供了一種新的有效治療方法。該研究結(jié)果可能對(duì)醫(yī)學(xué)美學(xué)和整形外科有廣泛的影響。同時(shí)，由于其優(yōu)異的向心收縮性能，SSSTs在快速傷口愈合、術(shù)后皮膚張力降低以防止瘢痕形成以及小血管、神經(jīng)和肌腱的無(wú)縫原位吻合方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
原文鏈接：
http://doi.org/10.1002/adhm.202400671
（esilk.net聲明：本網(wǎng)登載此文旨在傳遞更多行業(yè)資訊，文章內(nèi)容僅供參考。）
官方微博
官方微信
