揚州大學陳建美/劉宗光/陳齊紅、南京大學安雪瑩ACS AMI:具有強活性氧清除能力的可注射水凝膠增強干細胞功能促進皮瓣再生


皮瓣手術通常用于修復因創傷、先天畸形或腫瘤而出現的嚴重皮膚和軟組織缺陷。然而,由于創傷處微血管形成受限,導致植入的皮瓣部分或完全壞死,存活率低。近年來,基于間充質干細胞(MSCs)的細胞療法受到廣泛關注,它可以通過旁分泌功能,分泌生長因子、細胞因子和外泌體等來促進血管形成和調節免疫反應,促進組織再生。但是病灶部位復雜的微環境(炎癥、氧化應激等)造成移植干細胞的失巢凋亡和功能損失,降低了其旁分泌作用,導致其臨床療效差。目前,用生物材料支架作為細胞載體已成為細胞治療的一種極有前景的策略。生物材料支架能夠延長細胞在病灶處的作用時間,然而損傷組織中氧化應激環境和炎癥反應未能有效緩解,嚴重損傷了支架中干細胞的活性和功能,影響治療效果。因此,如何通過調節支架中細胞的生存微環境,提高干細胞療效,對促進組織再生和修復至關重要。

為此,本文設計并構建了一種具有強活性氧清除能力的可注射水凝膠(nGk),其通過增強負載的間充質干細胞(MSC)的細胞功能來促進皮瓣修復。nGk水凝膠由明膠/κ-卡拉膠(κ-Car)負載二氧化錳納米顆粒(MnO2?NPs)組成,在~40°C實現了溶膠-凝膠相變,使其在生理溫度(37°C)下可以形成固體凝膠,表現出優異的可注射性能。尤其重要的是,nGk具有強的清除活性氧的能力,可減輕氧化應激造成的細胞損傷,提高細胞活力,從而增強干細胞的旁分泌功能。研究結果表明,負載MSCs的nGk細胞支架(Gk@MSCs)可通過促進血管生成、緩解炎癥反應來減少皮瓣組織壞死,提高皮瓣移植存活率,為組織再生提供了一種有效的途徑。

圖1?(A)負載MSCs的可注射水凝膠nGk@MSCs的制備過程示意圖。(B) nGk@MSCs通過促進血管生成、減少炎癥和壞死以加速小鼠皮瓣的再生。

圖2 (A)nGk溶液的相變圖片。(B)nGk的流變曲線和(C)凝膠化溫度。(D)Gk和nGk的可注射性。(E)Gk和nGk的形貌圖,白色箭頭表示MnO2?NP。(F)-(H)nGk的力學性能。

圖3(A)不同組術后皮瓣壞死區的照片和(B)治療7天后皮瓣壞死面積統計。(C)皮瓣組織的H&E染色。(D,E)皮瓣組織炎癥及血管蛋白表達。

相關研究成果以“Reactive Oxygen Species-scavenging Injectable Hydrogel Potentiates the Therapeutic Potential of Mesenchymal Stem Cells in Skin Flap Regeneration”為題,在線發表于國際期刊《ACS?Applied?Materials?& Interfaces》上。揚州大學醫學院“拔尖人才”陳建美博士為論文第一作者,揚州大學附屬江都人民醫院陳齊紅主任、南京大學鼓樓醫院安雪瑩博士和揚州大學物理學院特聘教授劉宗光博士為論文共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金青年基金項目和揚州市綠楊金鳳人才計劃項目的支持。

論文信息:Jianmei Chen, Chun Pan, Ya Gao, Qihong Chen,* Xueying An,* and Zongguang Liu*. Reactive Oxygen Species-scavenging Injectable Hydrogel Potentiates the Therapeutic Potential of Mesenchymal Stem Cells in Skin Flap Regeneration, 2014. https://doi.org/10.1021/acsami.3c18284

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