DOI: 10.1021/acsabm.0c00695
具有不對稱潤濕性表面的傷口敷料可有效防止細菌定植和組織脫水，在糖尿病傷口愈合中顯示出巨大的應用潛力。然而，構建具有高生物相容性和滲透性的高疏水性外表面仍然是制備不對稱潤濕性敷料的主要挑戰。受自然界中存在的超疏水表面結構的啟發，本研究成功制備了一種具有高度疏水性外層的不對稱潤濕性復合傷口敷料，用于糖尿病傷口的愈合。該敷料的疏水性外層是通過將聚（ε-己內酯）（PCL）靜電紡絲到微米孔徑的尼龍網模板上制成的，而親水性內層是通過對摻入吡格列酮的明膠（Gel-pio）進行靜電紡絲獲得的。該敷料具有分層微納米結構，其疏水性外層顯示出優異的防水和防止細菌粘附的能力，而親水性內層可以通過其納米纖維結構和生物相容性明膠合成物來促進細胞增殖、遷移和血管生成。也就是說，所制備的敷料具有良好的機械性能、滲透性和較高的生物相容性。更重要的是，在db/db小鼠（2型糖尿病）和STZ大鼠（1型糖尿病）上進行的全層皮膚傷口模型評估結果表明，所開發的敷料可以通過刺激細胞增殖、血管生成、膠原蛋白沉積、重新上皮化促進傷口愈合。這項研究的結果表明，生物啟發的不對稱潤濕性復合傷口敷料可作為糖尿病傷口愈合的有希望的候選材料。
圖1.不對稱可濕敷料的形貌和潤濕性表征。（A）PCLcon、PCL、PCL40和PCL80的SEM和WCA圖像。（B）40微米和80微米孔徑的尼龍網的SEM圖像。（C）PCL、PCL40、PCL80、非交聯GeL和交聯凝膠的納米纖維直徑分布。（D）Gelcon和Gel的SEM和WCA圖像。（E）不對稱可濕復合敷料橫截面的SEM圖像。（F）表面潤濕性模型圖。PCLcon、PCL、PCL40和PCL80分別為非靜電紡絲PCL膜、PCL納米纖維膜、沉積在間距為40μm和80μm的尼龍網上的微圖案化納米纖維。Gelcon和Gel分別是非靜電紡絲Gel膜和Gel納米纖維膜。
圖2.不對稱可濕敷料的機械性能。（A）抗張強度。（B）斷裂伸長率。（C）彈性模量。（D）水蒸氣透過率（WVTR）。（E）吡格列酮在PBS中的體外釋放曲線。（F）明膠納米纖維膜在含膠原酶的PBS中的生物降解率。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。
圖3.防止細菌粘附測試。（A）在細菌粘附實驗中金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌菌落的照片。（B）附著在PCLcon、PCL、PCL40和PCL80表面的細菌的SEM圖像。在PCLcon、PCL、PCL40和PCL80上附著的（C）金黃色葡萄球菌、（D）大腸桿菌和（E）銅綠假單胞菌的數量。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。
圖4.不對稱復合傷口敷料的生物相容性和傷口愈合能力的體外評估。（A）在第1天和第3天進行活/死染色后，HSF細胞和HUVECs的熒光圖像。（B）通過MTT分析HSF細胞和HUVECs的細胞活力與不同培養時間的關系。（C）HSF細胞和HUVECs的體外傷口愈合試驗的代表性圖像，以及（D）不同組中HSF細胞和HUVECs的相對遷移率的定量分析。（E）用不同材料培養的HUVECs的體外血管生成測定。（F）管數量和（G）節點的定量分析。*表示樣品與對照組之間的顯著差異，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。
圖5.db/db小鼠傷口愈合的體內評估。（A）用不對稱可濕敷料處理過的db/db小鼠傷口的照片。（B）用紗布（對照）、PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio和3M Tegaderm膜（Tegaderm）處理不同天的傷口照片。（C）在不同時間點的傷口閉合率。（D）在傷口愈合期間用不同敷料處理的db/db小鼠的血糖濃度。（注：血糖儀的最大量程為33.3 Mm）。（E）在第7天和第14天，來自不同組的傷口樣品的代表性H＆E染色圖像。（F）在第7天和第14天，Masson對傷口進行三色染色的代表圖像。（G）膠原沉積的定量分析。*表示對照組與PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm組之間的顯著差異，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。
圖6.不同組治療的傷口中CD31、CD31/α-SMA、Ki67、MMP-2和MMP-9的組織學分析。（A，B）通過CD31免疫熒光（IF）染色第7天和第14天傷口處新形成的血管（紅色）的代表性圖像和定量分析。（C，D）通過CD31/α-SMA IF染色第7天和第14天傷口處的成熟血管（紅色+綠色）的代表性圖像和定量分析。（E，F）IF染色第7天傷口處Ki67表達的代表性圖像和定量分析（綠色）。（G，H）通過IHC染色第14天傷口處MMP-2和MMP-9表達的代表性圖像（棕色）。*表示對照組與PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm組之間的顯著差異，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。
圖7.db/db小鼠中生長因子、炎性因子和MMP-9表達的定量分析。（A）第7天在傷口組織中的MIP-2、TNF-α和VEGF表達。（B）第10天在傷口組織中的IL-1β、IL-6和MMP-9表達。（C）第7天和（D）第10天傷口組織中的TGF-β表達。（E）第7天血液中的TNF-α、MIP-2、MMP-9和VEGF表達。*表示對照組與PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm組之間的顯著差異，*P<0.05。
圖8.STZ大鼠傷口愈合的體內評估。（A）用不對稱可濕復合敷料處理過的STZ大鼠傷口的照片。（B）用紗布（對照）、PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio和3M Tegaderm膜（Tegaderm）處理不同天的傷口照片。（C）在不同時間點的傷口閉合率。（D）第5天和第14天來自不同組的傷口樣本的H＆E染色和（E）Masson三色染色圖像。（F）膠原沉積的定量分析。*表示對照組與PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm組之間的顯著差異，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。
圖9.不同組治療的傷口中CD31、Ki67和MMP-9的組織學分析。（A，B）通過CD31免疫組織化學（IHC）染色第5天和第14天傷口處血管（棕色）的代表性圖像和定量分析。（C，D）通過IHC染色第14天傷口處的Ki67表達（棕色）和MMP-9表達（棕色）的代表性圖像和定量分析。*表示對照組與PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm組之間的顯著差異，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。
