DOI:10.1016/j.biomaterials.2019.119722
肌腱撕裂后的主要問題是修復組織的機械強度低。改善斷裂和修復肌腱功能和生物力學性能的一個可行策略是在損傷部位輸送生長因子。在此，具有生物活性且可逆擴展的雙層乳液和由可生物降解的DegraPol?（DP）（聚酯尿烷）制成的同軸電紡管可作為輸送血小板源性生長因子BB（PDGF-BB）的植入物，改善兔跟腱全撕裂模型的肌腱愈合。體外研究表明，乳液和同軸電紡支架均可在30天內持續輸送具有類似釋放動力學（150-190 pg PDGF-BB/mg DP支架）的生物活性PDGF-BB。三周后的體內評估表明，PDGF-BB通過生物活性DP管的輸送使處理過的肌腱的抗張強度提高了2倍，而不會產生額外的促纖維化作用，即傷口處的增生或α-平滑肌肌動蛋白表達增加。盡管±PDGF-BB處理的樣品在傷口部位的ECM組成沒有觀察到顯著差異，但與天然肌腱相比，膠原I和III上調而纖連蛋白下調。在遠離傷口的區域，定性地觀察到膠原蛋白I和III表達較低的區域中纖連蛋白的表達增加。這兩種類型的生物活性DP管都提供了對外科醫生友好且穩定的植入物，以傳遞生物活性分子，并在3周后對修復肌腱的強度產生了積極的影響，從而為肌腱修復領域的臨床應用提供了有前途的生物活性植入物。
圖1.乳液和同軸靜電紡絲裝置和纖維結構。A和B）用于靜電紡絲和同軸靜電紡絲的噴絲頭的示意圖，以及每種設置獲得的纖維結構。載PDGF-BB的水相在EE DP纖維中隨機分布，而載PDGF-BB的PEG（30 wt%）水溶液則被包裹在CE DP纖維中的DP聚合物殼內的核中。SEM顯微照片顯示了EE和CE DP支架的形態（俯視圖和橫截面圖）。分別與純DP支架和/或純PEG支架相比，EE和CE生物活性和非生物活性DP支架的FTIR吸收光譜。E和F）與純DP粉末或支架和/或純PEG支架相比，EE和CE生物活性DP支架的首次加熱的DSC熱圖（非絕對標度）。此外，還比較了支架在用于釋放研究之前和30天之后的體外釋放研究。比例尺：低倍：20 μm，高倍：10 μm。
圖2.PDGF-BB在乳液和同軸電紡生物活性DP支架上的負載和釋放。A和E）使用脂肪酶降解DP支架，評價PDGF-BB在乳液和同軸靜電紡支架中的有效負載（包封率）。從最低脂肪酶濃度處理的支架中提取的較低的PDGF-BB表明，DP支架的PDGF-BB釋放機制是以擴散和降解為基礎的。B、C和D）PDGF-BB在EE DP支架上的體外累積釋放分別表示為ng mL-1、pg/mg DP或釋放的PDGF-BB百分比；F、G和H）PDGF-BB在CE DP支架上的體外累積釋放，分別表示為ng mL-1、pg/mg DP或釋放的PDGF-BB的百分比。圖1B中顯示了用于同軸靜電紡絲的小噴絲頭和大噴絲頭的尺寸。
圖3.通過評估pAkt水平，乳液和同軸電紡DP支架釋放的PDGF-BB的生物活性。A）顯示PDGF-BB和PDGFR相互作用以及PDGFR/PI3K/Akt途徑中信號轉導的示意圖，表明PDGF-BB的生物活性和Akt磷酸化相關。B）通過蛋白質印跡分析來分析Akt（pAkt）對劑量依賴性PDGF-BB（0、0.1、0.5、1、10和50 ng mL-1）補充（細胞處理30分鐘）的磷酸化狀態。密度測量數據表示為平均值±標準偏差；C和D）通過分析Akt（pAkt）的磷酸化狀態分別測定了EE和CE DP支架釋放的PDGF-BB的生物活性。隨時間的推移（第1、2、3、7、14和21天，在含0.1％牛血清蛋白的無血清培養基中進行釋放）收集的釋放樣品在體外對肌腱細胞（細胞處理30分鐘）進行測試，并通過蛋白質印跡分析。釋放的PDGF-BB對Akt信號通路的激活，導致pAkt的增加，表明生長因子的生物活性隨時間而保持。密度測量數據表示為平均值±標準偏差。
圖4. 在兔體內模型中，將雙層乳液和同軸電紡非生物活性（-PDGF-BB）和生物活性（+PDGF-BB）DegraPol?（DP）管應用于常規修復的（4股縫合線）破裂跟腱的傷口部位。A）插圖顯示了生物活性（DP）管的設計及其架構。SEM顯微照片顯示了在植入前用于體內實驗的雙層EE和CE生物活性DP管的結構。通過乳液或同軸電紡將PDGF-BB摻入DP纖維中來生產生物活性層（B）。將生物活性層電紡在非生物活性（NB）DP層的頂部，該非生物活性（NB）DP層是由純DP的單次電紡生產的；B）植入DP管后3周提取的肌腱的代表性照片；C）植入后3周的EE和CE DP管的SEM顯微照片。在提取的支架中可見降解、纖維形態的損失和裂縫，顯示了DP支架在3周內在體內經歷的形態變化。比例尺：A）EE圖像：100 μm，CE圖像：20 μm；C）100 μm。
圖5.用乳液和同軸電紡生物活性（+PDGF-BB）或非生物活性（-PDGF-BB）DP管治療3周后，再生和提取的跟腱的生物力學測試。與未處理（NT）肌腱相比，用生物活性（+PDGF）或非生物活性（-PDGF）DP管處理的再生肌腱的A）橫截面積，B）長度[mm]，C）直至破壞的載荷[N]，D）破壞應力[MPa]，E）剛度[N/mm]，以及F）彈性模量[MPa]（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。
圖6.植入后3周，細胞對乳液和同軸電紡生物活性和非生物活性DP管響應的定量組織學分析。A和E）與未處理的（NT）肌腱相比，用EE和CE生物活性（+PDGF）或非生物活性（-PDGF）DP管處理的再生肌腱每平方毫米的總細胞密度；B和F）與未處理的肌腱相比，不同處理后再生肌腱中每平方毫米的肌腱細胞和成腱細胞密度；C和G）與未處理肌腱相比，不同處理后再生肌腱中每平方毫米的淋巴細胞密度；D和H）與未處理的腱相比，不同處理后再生的腱中每平方毫米的巨噬細胞密度。將所有結果繪制為平均值±標準偏差（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。
圖7.治療和未治療肌腱的ki-67和α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）染色。與未經治療的肌腱相比，經過不同處理的再生肌腱的A）膠原纖維取向評分和B）斯托爾評分。得分0代表受損的組織，得分20代表健康的組織。C）使用EE非生物活性（-PDGF-BB）和生物活性（+PDGF-BB）DP管或D）CE非生物活性（-PDGF-BB）和生物活性（+PDGF-BB）DP管治療的肌腱或E）天然（NT）未經處理的肌腱，ki-67（陽性細胞染色為棕色）和α-SMA（綠色信號）染色的代表性圖像。箭頭：Ki-67陽性增殖細胞的例子。F）使用QuPath針對經治療的肌腱中的每種情況分析的每個視野（FOV）中的ki-67陽性細胞百分比。天然肌腱中不存在增殖細胞，因此未對其進行任何分析。E）通過將總α-SMA染色信號的面積分析歸一化為每個FOV中的細胞總數來確定每個視野的每個細胞α-SMA面積（FOV）。使用Bonferroni事后檢驗，將數據與單向方差分析進行比較。誤差條代表標準偏差。n.s.表示無顯著性。比例尺：50 μm。（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。
圖8.植入后3周，經處理和未經處理的肌腱中的膠原蛋白I、膠原蛋白III和纖連蛋白染色。A）天然肌腱組織中膠原蛋白I、膠原蛋白III和纖連蛋白表達的代表性圖像。B）用非生物活性（-PDGF-BB）和生物活性（+PDGF-BB）乳液和同軸電紡管處理的肌腱的代表性圖像顯示傷口部位內的膠原蛋白I、III和纖連蛋白表達。C）用非生物活性和生物活性同軸電紡管處理過的肌腱的代表性圖像顯示膠原蛋白I、III和纖連蛋白在遠離傷口部位的肌腱組織中表達。使用DAB生色檢測系統對I型和III型膠原蛋白染色，而對于纖連蛋白檢測則進行免疫熒光檢測。比例尺：50μm。
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