Chem. Eng. J.：含有羥基肉桂酸衍生物的電紡PVP基纖維水凝膠的制備及其在傷口敷料中的應用

DOI:10.1016/j.cej.2020.128144

聚乙烯吡咯烷酮（俗稱聚維酮或PVP）能迅速溶解在水中。這嚴重阻礙了它在生物醫用緩釋制劑中的使用。由于較大的表面積體積比，PVP電紡纖維溶解速度更快。在這項工作中，研究者提出了一種解決這一問題的方法，即開發和使用水凝膠形式的功能性纖維材料。重要的是，本研究證明了含有兩種羥基肉桂酸衍生物，即對香豆酸和阿魏酸的PVP乙醇溶液可以電紡成功能性水凝膠纖維墊。靜電紡絲后，首先在130℃下對所形成的復合材料墊進行20小時的熱處理，然后將其浸入水介質中，從而轉變為水凝膠。熱退火不會降解羥基肉桂酸衍生物，且可保留其功能。作者建議將這些水凝膠纖維墊用作潛在的傷口敷料，為此，體外測試顯示長達8天的抗氧化劑釋放，從而保護A549上皮細胞免受氧化應激。使用人紅細胞以及A549和HaCaT細胞系進行的生物相容性試驗顯示無不良影響。UV-B輻射所致小鼠皮膚燒傷模型研究表明，水凝膠纖維敷料可顯著降低基質金屬肽酶（MMP-9）和谷胱甘肽過氧化物酶1（GPX-1）的水平，這些水平通常由燒傷皮膚上的活性氧化物質上調。最后，離體人皮膚研究表明，皮膚再生且炎癥階段得到了控制，如低水平的促炎細胞因子（IL-6和IL-8）所示。綜上所述，通過簡單的方案生產的PVP基纖維水凝膠是傷口敷料的有希望的候選材料。

圖1.PVP基纖維的制備和形態分析。（A）纖維的制備示意圖。（B-D）分別為PVP-TT、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT纖維的SEM圖像。（E-G）PVP-TT、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT纖維的直徑分布。

圖2.PVP基纖維水凝膠反應的化學表征。（A）PVP和PVP-TT纖維的ATR-FTIR光譜。包括純PVP和酰亞胺形成的主要作用。（B）由PVP形成琥珀酰亞胺環的示意圖。（C）原始FA、PVP-FA和PVP-FA-TT纖維的ATR-FTIR光譜。顯示了阿魏酸和酰亞胺形成的主要作用。（D）原始PCA、PVP-PCA和PVP-PCA-TT纖維的ATR-FTIR光譜。顯示了對香豆酸和酰亞胺形成的主要任務。（E，F）熱處理前后PVP樣品的C1s光譜。

圖3.PVP基纖維水凝膠的溶脹度和流變學分析。（A，B）分別對PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT樣品進行溶脹測試。（C，D）分別為PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT樣品的流變學分析。G’值表示為實心符號，G”、值為空符號。在測試的所有頻率值下，計算出G'和G''每個點的SD分別低于±400和±50Pa。

圖4.藥物釋放研究后，抗氧化劑的釋放和纖維水凝膠的形態。（A，B）分別在192小時和24小時內研究了不同PVP基處理纖維的PCA和FA釋放曲線。藥物釋放實驗后，PVP-PCA-TT（C，E）和PVP-FA-TT（D，F）纖維的（C-F）SEM圖像。分別插入F和E的縮放。

圖5.PVP基纖維水凝膠與細胞和紅細胞的相互作用。（A）與PVP基熱處理纖維孵育48小時的A549細胞的MTS分析直方圖。與CTRL相比，***p＜0.001；與PVP-TT相比，###p＜0.001；與PVP-PCA-TT相比，§p＜0.05。（B）HaCaT細胞與PVP基熱處理纖維孵育24和48小時的MTS分析直方圖。與CTRL相比，***p＜0.001；與PVP-TT相比，##p＜0.001；與PVP-PCA-TT相比，§p＜0.05。（C）用PVP-TT、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT纖維處理后釋放的Hb的吸光度直方圖。該值表示為相對于陽性對照（TritonX）的百分比。與TritonX相比，***p＜0.001。（D）用TritonX和PVP基熱處理纖維處理后以及未處理（對照）紅細胞的光學圖像。（E）細胞附著試驗的示意圖。（F）附著在纖維上的A549細胞的熒光顯微鏡圖像。箭頭指示粘著結構。

圖6.PVP基纖維水凝膠的體外和體內抗氧化能力。（A，B）在熱處理之前和之后的PVP、PVP-PCA和PVP-FA樣品的自由基清除活性。（C）不與H2O2孵育（作為陽性對照，CRTL）和與H2O2孵育，以及與H2O2加PVP基熱處理纖維孵育的A549細胞的DCF分析結果。結果以平均值±標準誤差表示。與H2O2相比，**p＜0.01。（D）原始、假手術、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT小鼠中MMP-9和GPX1蛋白的代表性蛋白質印跡圖。該印跡代表3種不同分析，說明了小鼠燒傷皮膚中MMP-9和GPX1蛋白的表達。GAPDH用作內部對照。蛋白重量以kDa表示。（E，F）原始、假手術、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT小鼠中MMP-9和GPX蛋白的表達百分比。結果表示為平均值±S.E.M.與假手術組相比，***p＜0.001。

圖7.離體人皮膚試驗。（A）實驗裝置的示意圖。（B）H＆E染色皮膚切片的代表性圖像顯示傷口邊緣處重新生長的皮膚層（黑色箭頭）。（C，D）不同溫育時間在培養基中釋放的IL-6和IL-8的標準化值。比例尺=50μm。結果表示為平均值±S.E.M.與對照相比，*p＜0.05，**p＜0.01，***p＜0.001；與PVP-TT相比，###p＜0.001，##p＜0.01；與PVP-FA-TT相比，§§p＜0.01；與PVP-PCA-TT相比，@p＜0.05。