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上海硅酸盐所在无机生物材料用于皮肤创伤修复方面取得系列重要进展
2018-09-27 15:24:24 | 【 【打印】【关闭】

  近年来,各种皮肤癌、糖尿病发病率逐年升高,这些疾病导致的皮肤创伤的修复与再生面临着巨大的挑战。对于皮肤癌,目前临床上最常采用的治疗方式为外科手术切除。然而,手术很难完全清除肿瘤细胞,需要配合化疗、放疗等手段辅助治疗以防止癌症复发,但其不足之处是存在较大的毒副作用。同时,在手术切除病变组织后,在肿瘤部位会造成大面积皮肤缺损,机体很难自愈。针对该问题,中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员带领的研究团队提出将光热疗法与皮肤组织工程结合的思想,设计了一种双功能软组织工程材料,并与华东师范大学合作证实该材料具有达到治疗浅表层肿瘤和修复创面的理想效果,取得了重要进展。同时,该团队还利用生物活性无机颗粒、生物活性陶瓷与高分子复合,在修复由糖尿病创伤引起的创面方面也取得了重要进展。

  该团队通过采用水热法合成出硫化亚铜(Cu2S)纳米花,并采用图案化静电纺丝共纺的方式,将硫化亚铜纳米颗粒均匀地纺入至生物高分子纤维(PLA/PCL)内部,赋予微图案复合纤维膜(CS-PLA/PCL)在低功率近红外光照射下即可迅速升温的特性,同时引入具有诱导血管再生功能的治疗性铜离子。这种制备方式简单易行,既使不同含量的硫化亚铜复合膜能保持其整齐有序的大孔结构(300 μm),又能对支架的光热性能进行有效调控,以实现高效杀死皮肤肿瘤细胞的功效。在体内肿瘤治疗实验中,将硫化亚铜复合膜直接贴附于黑色素瘤引起的创伤部位,在治疗早期利用近红外照射复合纤维膜,引起肿瘤处局部过高热,有效抑制了黑色素瘤的增长。在治疗后期停止激光照射,发现肿瘤不仅没有复发,原有的创口还逐渐愈合,而对照组的伤口却随着肿瘤不受抑制的增长逐渐扩大。体内慢性创面修复实验证实,该硫化亚铜复合膜本身具有促进伤口部位血管形成的作用,进而显著提高了皮肤创面的愈合速度。该研究为浅表层肿瘤的治疗提供了一种简单有效的新理念,在临床转化上具有广阔的应用前景。该研究成果被美国化学会(ACS)出版集团的国际权威学术期刊ACS Nano(DOI: 10.1021/acsnano.7b05858)在线发表(论文第一作者为上海硅酸盐所在读博士生王小成,指导导师为吴成铁研究员)。

  该团队还通过改进化学软模板法制备介孔氧化硅微球的过程,在体系中原位引入少量的铕(Eu)元素,制备出一系列具有梯度含铕量的介孔微球材料(Eu-MSNs)。合成的颗粒直径分布在280-300 nm,比表面介于820-1040 m2/g之间。铕元素的引入赋予了材料合适的免疫微环境,并激活血管内皮生长因子(VEGF)信号通路,提高脐静脉血管内皮细胞中成血管相关受体因子的表达水平,显示其细胞水平良好的成骨和成血管的作用。在慢性糖尿病皮肤创面愈合实验中展现出良好的修复效果。相关研究结果发表在《生物材料》(Biomaterials, 2017;144: 176-187). (论文第一作者为上海硅酸盐所2017届博士毕业生施孟超,指导导师为吴成铁研究员)。

  该团队还采用静电纺丝共纺的方式,将生物陶瓷磷酸二正硅酸钙颗粒纺入生物高分子纤维膜内部,制备出生物可降解的无机/有机纳米复合纤维膜材料(Acta Biomaterialia 2017;60:128-143),采用激光脉冲方法将生物活性陶瓷活性组成沉积在鸡蛋膜表面,形成纳米生物活性玻璃层(Acta Biomaterialia 2016;36:254-266),结果表明该生物活性陶瓷和生物活性玻璃材料能够显著缩短软组织慢性伤口尤其是糖尿病创伤的愈合时间,促进创伤区域的血管新生、表皮再生和胶原形成,且减少慢性伤口处炎症反应。这些研究扩展了传统生物陶瓷材料的应用范围,在软组织创伤修复应用领域具有良好的临床转化前景。

  相关研究工作得到了科技部重点研发计划支持。论文链接:

  http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b05858

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961217305379

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706117304579

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706116300952.

  图案化静电纺丝制备的硫化亚铜纳米复合纤维膜(CS-PLA/PCL),兼具光热抗肿瘤和修复创面的双重功能。不同硫化亚铜含量的复合纤维膜(a-b0CS-PLA/PCLc-d10CS-PLA/PCLe-f20CS-PLA/PCLg-h30CS-PLA/PCLi-g40CS-PLA/PCLk-l50CS-PLA/PCL的扫描电镜形貌;(mo0CS-PLA/PCL和(np30CS-PLA/PCL复合膜的高分辨扫描电镜和透射电镜照片;(q30CS-PLA/PCL纳米复合纤维膜的背散射电子像;(r-t30CS-PLA/PCL复合膜元素分布面扫描和元素组成能谱分析。

  硫化亚铜复合纤维膜(CS-PLA/PCL)促进皮肤创面区域的血管生成,显著提高伤口的愈合速度。(ab)不同修复阶段伤口照片及对应的创口面积统计数据;(cd)伤口区域血管形成的光学照片和CD31免疫荧光染色照片及对应的数量统计结果。 

  化学软模板法制备的含铕介孔氧化硅微球(Eu-MSNs),并能促进成血管与糖尿病创面修复,还可作为荧光指示作用的免疫调节剂。(a)纯介孔氧化硅和不同铕含量的介孔氧化硅微球b1Eu-MSNs,c2Eu-MSNs 及(d3Eu-MSNs 的扫描电镜照片;(d2Eu-MSNs微球的元素分布面扫描结果。 

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