本篇文章版权为王新刚教授课题组所有,未经授权禁止转载。
背景介绍
各种急慢性损伤因素可导致大面积深度皮肤缺损,严重危及患者生命健康。对于此类患者而言,自体刃厚皮片联合真皮支架移植是一种有效的、高质量的治疗手段。尽管当前已开发出许多真皮支架,但市售真皮支架往往只考虑皮肤结构的简单重建,较少关注再生组织缺乏神经支配的问题。用于联合移植的刃厚皮片仅残留少量神经结构,并不足以提供神经再生所需的诱导信号。神经再支配延迟将导致不可逆的功能丧失,产生的后遗症,如皮肤感觉丧失、异常疼痛或瘙痒等后遗症,严重损害患者的生活质量和身心健康。而恢复神经支配的皮肤不仅能修复感觉功能,还能分泌多种活性因子募集修复细胞、滋养组织,为血管网络重塑和成熟提供线索,促进伤口愈合。因此,开发出一款可加速神经修复,在伤口愈合过程中实现神经功能性皮肤再生的真皮支架迫在眉睫。
成果简介
浙江大学王新刚课题组在此前开发的增强型网状真皮支架的基础上,以聚乙烯亚胺 (PEI) 作为载体,通过嵌合质粒实现了编码神经生长因子(Nerve growth factor, NGF) 和 (Angiogenin, ANG) 基因的共传递。开发了具有双基因活性的 PEI-质粒 NGF/ANG纳米颗粒真皮支架 (NADS)。NADS释放的纳米颗粒(NPs)成功实现了两种因子的过表达,随后促进了成纤维细胞和雪旺细胞的增殖和迁移。NADS组血管内皮细胞IGF-1、IL-6、IL-8、MCP-4、MMP-1、MMP-9、PECAM-1 和 TIE-2 表达水平上调,其血管生成能力显著增强。大鼠皮下埋植模型表明 5μg/cm2为最佳负载量。在此基础上,NADS 应用于大鼠全层皮肤缺损模型,有效诱导了移植物的神经支配和皮肤功能恢复。此外,NADS 不仅诱导快速完全愈合(约10天)和血管生成,而且还促进了血管成熟和胶原有序沉积。测序结果表明Mmp7、Nyap2和Plekhg4基因表达的上调可能是达成皮肤缺损高质量修复的重要原因,进而证实了神经血管再生之间的协同作用。总之,这项研究为大面积深度皮肤缺损患者的皮肤神经功能恢复提供了一种新策略,为伤口愈合和皮肤神经再生修复提供了一条新途径。
图文导读
图 1. NADS 的制备和应用示意图。“pDNA”、质粒 DNA;“PEI”、聚乙烯亚胺;“PLGA”、聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物;“PLGAm/CCS”、PLGA编织网状胶原-壳聚糖支架;“NADS”、PEI-质粒 NGF/ANG 真皮支架;“GSR”、皮肤电反应。
图 2. GADS 及NPs 的表征。(A) PLGAm/CCS 宏观图像。(B, C) PLGAm/CCS 不同放大倍数的SEM图像,箭头指示PLGAm。(D) PEI/pDNA NPs 的TEM图像,箭头指示 NPs。(E, F) 基因活性真皮支架(GADS)不同放大倍数的SEM图像。(G) 空白支架-PLGAm/CCS 中胶原-壳聚糖骨架不同放大倍数的 SEM 图像。(H) GADS中负载的NPs不同放大倍数的SEM图像,箭头指示 NPs。(I) GADS中NPs的累积释放曲线。(J)与条件培养基共培养细胞的流式图像。(K) 转染效率统计图。
图 3. NADS 处理的成纤维细胞对雪旺细胞的影响。(A)CCK-8 检测不同条件培养基的细胞毒性。(B、C)不同条件培养基共培养成纤维细胞中ANG和NGF的基因表达水平(D、E)不同条件培养基共培养成纤维细胞分泌ANG和NGF的ELISA分析。(F)术后1周组织中ANG和NGF的Western blot分析。(G、H)ANG和NGF的相对表达量。(I)Transwell实验中,与不同条件培养基共培养的成纤维细胞对雪旺细胞迁移的影响及(J)其定量统计。(K)雪旺细胞处于细胞周期各个阶段的比例。(L)S 和 G2/M 期雪旺细胞比例的定量统计。
图 4. NADS 对体外血管生成的影响。(A) 细胞周期各期血管内皮细胞比例量化。(B)处于 S 期和 G2/M 期血管内皮细胞比例的定量统计。(C) 划痕试验中,不同条件培养基共培养血管内皮细胞代表性图像及(D) 其定量统计。(E) 小管形成试验中,血管内皮细胞的大体图像及(F)分支点和(G)总节段长度的定量统计。(H) 不同条件培养基共培养血管内皮细胞的血管生成相关蛋白微阵列。(I) 差异表达的血管生成相关蛋白热图。
图5. NADS恢复皮肤神经功能。(A)大鼠全层皮肤缺损模型一步法移植过程示意图。(B)移植后各组创面不同时间点代表性大体图及其示意图。(C)各组残留创面面积定量统计。(D)各组创面完全愈合时间。(E)功能恢复测试示意图。(F)热痛阈值量化,”NWA”、非创面区域。(G)机械阈值量化。(H)各组皮肤电反应与对照组部分波形重叠图像。(I)皮肤电反应数值的标准差。
图6. NADS促进皮肤周围神经修复。(A)术后3周愈合皮肤的激光共聚焦图像,红色为血管(αSMA),绿色为神经(PGP9.5),表皮(绿色矩形)和真皮(红色矩形)局部放大图像,长箭头指示神经纤维,短箭头指示血管。(B,C)表皮和真皮神经纤维密度的定量统计。(D)NADS vs. ADS组差异表达基因火山图。(E)NADS vs. ADS组差异表达基因热图。(F)NADS vs. NDS组差异表达基因火山图。(G)NADS vs. NDS组差异表达基因热图。(H)NADS vs. ADS和NADS vs. NDS的维恩图。(I) 交集中三种功能基因的相对表达量。交集基因以红色突出显示。(J) 术后 3 周组织中 PLEKHG4、NYAP2、MMP7的蛋白质印迹分析。(K-M) PLEKHG4、NYAP2、MMP7蛋白的相对表达量。
图7. NADS诱导伤口高质量愈合。(A)不同放大倍数下愈合皮肤H&E、Masson、天狼星红染色图。(B)不同组别胶原体积分数定量统计。(C)不同组别COLI、COLIII体积分数定量统计。(D)COLI/III比值定量统计。(E)不同组别激光多普勒血流灌注代表性图像。(F)不同组别血流灌注定量统计。(G)四组支架CD31(绿色)和αSMA(红色)免疫荧光染色代表性图像,箭头指示血管。(H、I)不同组别总血管及成熟血管定量统计。本图中结果来自术后2周的样本。
作者简介
王新刚,浙大二院烧伤与创面修复科负责人、教授、主任医师、医学博士、博士生导师、哈佛医学院访问学者、“十四五” 国家重点研发计划项目首席科学家、中央科技委重大专项课题负责人、浙江省自然科学基金重大/联合基金项目负责人、浙江省卫生高层次人才培养对象。
目前担任国际创面治疗技术协会秘书长、浙江省医学会烧伤外科学分会候任主任委员、中国老年医学学会烧创伤分会常务委员、中华医学会烧伤外科学分会青年委员、中国医师协会烧伤外科医师分会青年委员、中国医师协会创伤外科医师分会青年委员、中国妇幼保健协会医疗美容专业委员会委员、浙江省医学会肠外肠内营养学分会常务委员、浙江省医师协会创伤外科医师分会常务委员兼总干事、浙江省社会办医协会损伤与修复专业委员会副主任委员、世界中医药学会联合会疽症专委会委员、《中华烧伤与创面修复杂志》编委、《感染、炎症、修复》杂志编委、《中华损伤与修复杂志》中青年编委等。
长期从事烧伤与创面修复的临床与科研工作,擅长急危重烧伤救治和复杂难愈合创面的修复,先后多次参与重大抢救并圆满完成救治任务。研究方向为烧伤救治的基础与临床、诱导再生型真皮支架的优化构建与组织再生、三维生物打印与组织工程皮肤等。共发表专业学术论文153余篇,其中SCI论文90篇,一级/核心期刊论文61篇。主编和参编专著5部、译著1部。荣获浙江省科技进步二等奖一次(第二完成人),浙江省医药卫生奖一等奖1次(第二完成人),二等奖1次(第二完成人),三等奖2次。
杨敏,浙江大学医学院外科学(烧伤)博士,师从韩春茂教授、王新刚教授。温州医科大学附属第一医院创面修复科医师、临床博后(在站)。研究方向为组织工程皮肤、血管化、外周神经修复、外泌体等,共发表SCI 论文9篇,其中第一/共同第一作者4篇。作为课题骨干参与国家重点研发计划项目1项。
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