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嵌入双层水凝胶的干细胞衍生纳米囊泡用于烧伤伤口愈合中程序化ROS调节和全面组织再生

作者:生物纳米医工交叉前沿发布时间:2024-09-29

文章标题:Stem Cell-Derived Nanovesicles Embedded in Dual-Layered Hydrogel for Programmed ROS Regulation and Comprehensive Tissue Regeneration in Burn Wound Healing

Dual-Gel 程序化烧伤创面愈合过程示意图。A) MTB@ANV 的构建。B) Dual-Gel 的构建。C) Dual-Gel 对烧伤创面的程序化 ROS 调控和促进组织再生作用。

创新点:

1. 设计了双层水凝胶系统,实现了ROS的程序化调节。

2. 利用细菌透明质酸酶触发的智能响应机制。

3. 结合了聚集诱导发光光敏剂和干细胞纳米囊泡的多功能纳米系统。

4. 实现了抗菌和促进组织再生的时序调控。

5. 利用干细胞纳米囊泡提供全面的组织修复支持。

双凝胶的制备和表征。A) MTB NPs、ANVs 和 MTB@ANVs 的吸光度。B) MTB@ANVs 的荧光图像。比例尺:2 µm,放大比例尺:500 nm。C) ANVs 和 MTB@ANVs 的 TEM 图像。D) 通过 DLS 获得的 ANVs 和 MTB@ANVs 的粒度分布。PDI:ANV 为 0.24,MTB@ANVs 为 0.22。E) 通过 NTA 测试的 MTB@ANVs 的粒度和浓度。F) ESR 信号用于评估 633 nm 激光照射后 PBS 中的 MTB@ANVs 产生 •OH、¹O2 和 O2•−。 G) 凝胶 1 的孔径分布。H) 顶部(凝胶 1)、整体水凝胶(双凝胶)和底部(凝胶 2)的低温扫描电子显微镜图像。I) 凝胶 2 的孔径分布。J) 凝胶 1、凝胶 2 和双凝胶的压缩应力-应变曲线。K) 凝胶 1、凝胶 2 和双凝胶在恒定扫描频率(应变率为 1%–100%)下的流变特性。L) 凝胶 1、凝胶 2 和双凝胶在恒定应变率(角频率为 1–40 rad s⁻¹)下的流变特性。
双凝胶对 ROS 的调节。A) 双凝胶对烧伤伤口进行可编程 ROS 调节的示意图。B) 不同水凝胶中 ICG@ANV 的持续药物释放曲线。C) 凝胶 1、凝胶 2 和双凝胶的 ROS 生成能力。凝胶 1、凝胶 2 和双凝胶对 D) 自由基和 E) H2O2 的时间依赖性清除作用。

对科研工作的启发:

1. 注重设计符合生物过程动态需求的智能材料系统。

2. 关注多功能集成设计,如结合抗菌、ROS调节和组织再生功能。

3. 考虑利用生物触发机制(如细菌酶)来实现智能响应。

4. 重视时序控制在复杂生物过程中的重要性。

5. 探索干细胞衍生物在组织工程中的应用潜力。

双凝胶的体外抗菌特性。A) 凝胶 2 响应金黄色葡萄球菌、MRSA 和铜绿假单胞菌分泌的 Hyal 后的图像。B) 在 633 nm 激光照射(0.2 W cm⁻²,15 分钟)下用 PBS、凝胶 1、凝胶 2 或双凝胶孵育后,Luria–Bertani (LB) 琼脂平板上的金黄色葡萄球菌、MRSA 和铜绿假单胞菌菌落的图像。C) 金黄色葡萄球菌、D) MRSA 和 E) 铜绿假单胞菌经过不同处理后的细菌存活率。F) 金黄色葡萄球菌、G) MRSA 和 H) 铜绿假单胞菌的 TEM,在 633 nm 激光照射(0.2 W cm⁻²,15 分钟)下用 PBS、凝胶 1、凝胶 2 或双凝胶处理。比例尺:1 µm,放大的比例尺:200 nm。
体外炎症调节和促进组织再生作用。A)分别用 PBS、MTB@ANVs 或不同的水凝胶处理 HaCaT 细胞 4 小时以监测它们之间的相互作用。比例尺:50 µm,放大比例尺:10 µm。B)在用不同水凝胶处理(有或没有激光爆破)后,用 DCFH-DA 指示的 HaCaT 细胞中的 ROS 水平。比例尺:100 µm。RAW 264.7 细胞(n = 6)中 C)IL-6、D)IL-1β、E)IL-10 和 F)TGF-β 的 qPCR 检测。G)通过 EdU 分析评估用 PBS、MTB NPs、ANV 和 MTB@ANV 培养的 HaCaT 细胞的增殖(比例尺:100 µm),H)相应的定量分析直方图(n = 3)。 I) 在添加了 PBS、MTB NPs、ANVs 或 MTB@ANVs 的培养基中生长的 HaCaT 细胞的划痕显微照片,J) 相应的定量直方图(n = 3)。K) HUVEC 与 PBS、MTB NPs、ANVs 或 MTB@ANVs 孵育 3 小时后管形成的代表性图像。比例尺:100 µm。L、M) HUVEC(n = 3)体外管形成结果的相应定量分析。条形图表示平均值±SD。*,p < 0.05;**,p < 0.01,***,p < 0.001,****,p < 0.0001。

思路延伸:

1. 探索其他类型的干细胞衍生物(如外泌体)在伤口愈合中的应用。

2. 研究该系统在其他类型慢性伤口(如糖尿病足溃疡)中的潜在应用。

3. 开发可响应多种伤口特征的复合智能敷料系统。

4. 结合3D打印技术,设计个性化的伤口覆盖物。

5. 探索该系统在促进瘢痕预防和皮肤附属器官再生中的作用。

6. 研究该系统与现有伤口治疗方法(如负压伤口治疗)的协同效应。

7. 开发可实时监测伤口愈合进程的智能敷料。

8. 探索结合其他生物活性分子(如生长因子、抗炎药物)的可能性。

9. 研究该系统在特殊人群(如老年人、免疫抑制患者)中的效果。

10. 开发基于该技术的商业化产品,推动临床转化应用。

双凝胶在体内促进烧伤伤口愈合的效果。A) 感染性烧伤伤口示意图和用于测试水凝胶治疗效果的动物实验时间表。B) 第 0、4、8、12 和 14 天伤口的代表性照片。C) 伤口面积的统计分析(n = 5)。D) 模拟不同治疗的体内伤口闭合痕迹:PBS、凝胶 1、凝胶 2 + 激光、双凝胶和双凝胶 + 激光。E) 在甘露醇盐琼脂培养基平板上培养的第 3 天伤口组织金黄色葡萄球菌菌落图像。F) 代表性照片描绘了第 14 天不同治疗组伤口部位的血管。G) 第 14 天不同组采集的伤口皮肤组织的 H&E 和 Masson 染色(红线:伤口长度)。比例尺:500 µm。对第 14 天 (n = 3) 的伤口 H) 上皮化厚度和 I) 胶原蛋白沉积进行统计分析。
Dual-Gel 对烧伤创面 ROS 调节、炎症反应及组织再生调节作用。A) 第 1 天烧伤创面部位 ROS 生成情况。B) 第 4 天烧伤创面 ROS 清除作用的代表性荧光图像。蓝色代表 DAPI 染色的细胞核,ROS 由荧光 DHE 探针(红色)指示。比例尺:50 µm。C) iNOS(绿色荧光)和 CD206(红色荧光)表达的免疫荧光图像。比例尺:1 mm,放大比例尺:100 µm。D) IL-6 和 IL-10 的免疫组织化学染色。比例尺:100 µm。E) 第 8 天创面 CD31(绿色荧光)和 α-SMA(红色荧光)的免疫荧光图像。比例尺:500 µm,放大比例尺:100 µm。 F) 第 4 天伤口处 IL-6 的统计分析 (n = 3)。G) 第 8 天伤口处 IL-10、H) CD31 和 α-SMA 的统计分析 (n = 3)。

文章来源:

Adv. Mater.
Pub Date  : 2024-06-01
DOI : 10.1002/adma.202401369

Meijiao Zhao 1 , Miaomiao Kang 2 , Jingru Wang 3 , Ronghua Yang 4 , Xiaoping Zhong 5 , Qihu Xie 5 , Sitong Zhou 3 , Zhijun Zhang 2 , Judun Zheng 6 , Yixun Zhang 4 , Shuang Guo 6 , Weiqiang Lin 6 , Jialin Huang 6 , Genghong Guo 5 , Yu Fu 7 , Bin Li 7 , Zhijin Fan 1 , Xipeng Li 1 , Dong Wang 2 , Xu Chen 1,8 , Ben Zhong Tang 9 , Yuhui Liao 1,6,7


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