哈佛醫(yī)學(xué)院3D打印光敏抗菌水凝膠支架用于慢性傷口修復(fù)

近期，來自哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Su Ryon Shin教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Functional Materials發(fā)表了文章題為“Light-Controlled Growth Factors Release on Tetrapodal ZnO-Incorporated 3D-Printed Hydrogels for Developing Smart Wound Scaffold” ，此研究也作為封面文章刊登在最新一期AFM封面上。團(tuán)隊(duì)使用了上普生物3D打印設(shè)備BioMaker 3D打印了一種智能傷口修復(fù)支架，該支架封裝了生長因子，裝飾有光敏和抗菌的四腳形氧化鋅（t-ZnO）微粒，用于治療慢性傷口。智能支架的多功能特性與光觸發(fā)的血管生成因子釋放，抗菌特性和組織相容性相結(jié)合，可快速恢復(fù)傷口。

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【哈佛醫(yī)學(xué)院3D打印光敏抗菌水凝膠支架用于慢性傷口修復(fù)】慢性炎癥是糖尿病的廣泛并發(fā)癥。 14-24% 的糖尿病足潰瘍可導(dǎo)致截肢， 84% 的截肢與極度潰瘍有關(guān) 。慢性傷口通常指的是在三個(gè)月內(nèi)未能愈合的患病組織。因此，治療對于避免長期炎癥的后果和降低全身感染的可能性是重要且必要的。為了確保快速愈合，需結(jié)合多種因素的治療，這些因素包括氧合、感染治療、水合作用以及生長和增殖相關(guān)蛋白的應(yīng)用。然而，將抗菌特性和適當(dāng)?shù)难苌傻葏f(xié)同治療效果納入一種治療方法仍然具有挑戰(zhàn)性。

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化學(xué)處理的 t-ZnO 的可調(diào)光活性表征

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負(fù)載 t-ZnO 的水凝膠的機(jī)械性能

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3D打印負(fù)載 t-ZnO 的GelMA水凝膠

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VEGF 包被的 t-ZnO GelMA 水凝膠的體外表征
負(fù)載 t-ZnO 的水凝膠的抗菌性能：通過實(shí)驗(yàn) ，研究者認(rèn)為主要的抗菌機(jī)制源于納米顆粒產(chǎn)生的 ROS 。這意味著可以在長期建立細(xì)菌定植之前利用 t-ZnO 的抗菌活性進(jìn)行快速治療。這些結(jié)果表明，載有 t-ZnO 的水凝膠具有潛在的抗菌性能，對傷口愈合的成功有很大影響。

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負(fù)載 t-ZnO 的水凝膠的抗菌性能
使用體內(nèi)皮下測試評估 VEGF 涂層的 t-ZnO 負(fù)載 GelMA 水凝膠的生物相容性和血管生成：1% t-ZnO-VEGF 尤其顯示出更高水平的 CD31 表達(dá) 。與 2% t-ZnO-VEGF 相比， 1% t-ZnO-VEGF 顯示出更高的值，表明血管生成在 1% t-ZnO-VEGF 中進(jìn)一步進(jìn)行。另外，由于其生物相容性和炎癥減少，含有 1% t-ZnO-VEGF 的水凝膠是傷口愈合的更好候選者。

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生物相容性和血管生成評價(jià)3D 打印 VEGF 涂層的 t-ZnO 負(fù)載 GelMA 水凝膠貼片傷口愈合性能評價(jià)：血管生成是傷口修復(fù)的一個(gè)重要過程，因?yàn)樗试S血管為組織提供營養(yǎng)和氧氣，并促進(jìn)肉芽組織的形成。血管生成在被具有 1% t-ZnO-VEGF 的支架覆蓋的傷口中最為活躍。結(jié)果表明， CD31 表達(dá)在 1% t-ZnO-VEGF 和其他組之間存在顯著差異。眾所周知， VEGF是非常重要的生長因子，它能夠促進(jìn)血管生成以促進(jìn)組織再生。由細(xì)胞遷移和血管化缺陷引起的慢性傷口可以通過VEGF治療治愈。眾所周知，鋅離子還具有有效的抗菌產(chǎn)生和血管生成加速作用。因此，預(yù)期支架中的組分有助于血管生成。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，雖然t-ZnO的存在誘導(dǎo)血管生成，但VEGF的存在顯著促進(jìn)血管生成。

通過 Ki67 染色評估傷口部位的新細(xì)胞生長。角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等必需細(xì)胞的存在和增殖對于傷口重塑的再上皮化非常重要。 Ki67在1% t-ZnO-VEGF中似乎具有最高活性。因此，通過體內(nèi)研究證實(shí) ，含有 1% t-ZnO-VEGF 的支架可增強(qiáng)傷口部位的抗炎反應(yīng)、血管生成和細(xì)胞增殖，從而實(shí)現(xiàn)最快的傷口愈合。

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傷口愈合性能評價(jià)此研究展示了一種同時(shí)使用材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程來治療慢性傷口的方法。 3D打印含有 t-ZnO 微粒的 GelMA 水凝膠可以有效降低細(xì)菌濃度，同時(shí)促進(jìn)體外 C2C12 和 HUVEC 的再生長和體內(nèi)傷口愈合。水凝膠的開放多孔結(jié)構(gòu)及其高含水量使得吸附的血管生成蛋白能夠擴(kuò)散，同時(shí)保持機(jī)械完整性。交聯(lián)前凝膠的可印刷性顯示出優(yōu)異的結(jié)果，可選擇多材料印刷以增強(qiáng)多種生長因子、藥物或其他蛋白質(zhì)的傷口愈合治療。用 H 2 O 2額外處理 t-ZnO 微粒導(dǎo)致形成高度蛋白質(zhì)吸附的表面，同時(shí)保持其生物醫(yī)學(xué)品質(zhì) 。該處理還允許在 120 秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)用光學(xué)范圍內(nèi)的光控制釋放 VEGF 。固定在 t-ZnO 上的 VEGF 為改善內(nèi)皮細(xì)胞生長創(chuàng)造了足夠的微環(huán)境，同時(shí)保持了抗菌活性，這對傷口愈合的成功有很大影響。通過體內(nèi)研究，我們證實(shí)帶有 t-ZnO-VEGF 的打印支架顯示出足夠的生物穩(wěn)定性，并增強(qiáng)了傷口部位的抗炎反應(yīng)、血管生成和細(xì)胞增殖，從而實(shí)現(xiàn)了最快的傷口愈合。所有這些因素結(jié)合在一起，使這種方法成為未來智能傷口敷料平臺的候選者。

哈佛醫(yī)學(xué)院3D打印光敏抗菌水凝膠支架用于慢性傷口修復(fù)

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