一、研究背景

皮膚作為人體最大的器官，在防止感染和防止水分過多流失方面起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)皮膚受到損傷、燒傷或疾病的損害時，它會激活修復(fù)機(jī)制來恢復(fù)其保護(hù)功能。然而，在嚴(yán)重?fù)p傷的情況下，皮膚可能會失去其自然愈合能力，導(dǎo)致慢性傷口、疤痕和功能喪失。傷口愈合是一個復(fù)雜的生理過程，慢性傷口對醫(yī)療保健構(gòu)成重大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致大量患者痛苦和死亡率升高。

處理傷口需要創(chuàng)新和有效的治療策略，再生工程在這一努力中起著關(guān)鍵作用。這個快速發(fā)展的領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂陂_發(fā)生物材料和支架，促進(jìn)受損皮膚組織的修復(fù)和再生。皮膚組織再生工程的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是設(shè)計支架，提供足夠的機(jī)械支持，密切模仿自然皮膚的機(jī)械特性，以保持結(jié)構(gòu)的完整性。支架必須有足夠的強(qiáng)度來支持再生組織而不會塌陷，同時又要有足夠的靈活性來避免應(yīng)力屏蔽，因為應(yīng)力屏蔽會阻礙細(xì)胞正常生長和與周圍組織的整合。達(dá)到這種機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性的平衡對于皮膚的成功再生是必不可少的。

聚乳酸-聚乙醇酸（PLGA）是由乳酸（LA）單體和乙醇酸（GA）單體按不同比例組成的一種線性合成共聚物。PLGA具有可調(diào)節(jié)的生物降解性，主要用作藥物、蛋白質(zhì)和各種其他大分子（如DNA、RNA和肽）的遞送載體。(5) PLGA還具有良好的生物相容性，已被FDA批準(zhǔn)用于人體臨床應(yīng)用，這使PLGA成為組織工程應(yīng)用的理想候選者。然而，PLGA較差的力學(xué)性能限制了其在承載組織工程中的應(yīng)用，如骨組織工程和動脈血管組織工程。為了改善其力學(xué)性能，研究了生物活性玻璃、纖維素納米晶體、TiO2納米粒子、羥基磷灰石微球、氧化石墨烯納米粒子、等作為PLGA的增強(qiáng)材料。

天然蜘蛛絲纖維以其優(yōu)異的生物可降解性、生物相容性和堅固的力學(xué)性能，越來越受到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)可。它們的應(yīng)用跨越多個領(lǐng)域，包括血管植入、血管縫合和心臟組織工程。蜘蛛絲纖維的機(jī)械強(qiáng)度顯著，其強(qiáng)度為1.1 GPa，與1.5 GPa的高抗張鋼相當(dāng)，超過人骨強(qiáng)度近7倍。此外，它們的韌性超過許多頂級合成材料，包括凱夫拉爾。因此，有報道稱蜘蛛絲纖維被用作增強(qiáng)材料。例如，Bobylev等人將蜘蛛絲加入到心血管貼片中，其機(jī)械性能顯著增強(qiáng)，拉伸力增加1.8倍，拉伸強(qiáng)度增加1.45倍。然而，這些進(jìn)步面臨著一個重大挑戰(zhàn)：這些研究中使用的蜘蛛絲纖維來自各種天然蜘蛛，這些蜘蛛主要是同類相食的，很難集體養(yǎng)殖。這一限制使得商用大規(guī)模生產(chǎn)天然蜘蛛絲纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料具有挑戰(zhàn)性。

重組蛛絲蛋白eADF4是一種以大腸桿菌為宿主大量生產(chǎn)的基因工程蛛絲蛋白。與天然蛛絲纖維相比，重組蛛絲蛋白eADF4具有以下優(yōu)點：(1)可控制和規(guī)?；a(chǎn)。由于蜘蛛的領(lǐng)土和同類相食的性質(zhì)，很難大量收獲天然蜘蛛絲，而eADF4可以在微生物系統(tǒng)中高效生產(chǎn)，確保工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的可靠和可擴(kuò)展供應(yīng)。(2)定制的力學(xué)性能。eADF4的基因工程允許對其氨基酸序列進(jìn)行精確操作，從而能夠定制機(jī)械性能，如抗拉強(qiáng)度、彈性和降解率，以滿足特定需求，這是天然蜘蛛絲不可能做到的。(3)質(zhì)量一致。重組生產(chǎn)確保了eADF4的高純度和均勻性，不像天然絲纖維那樣受環(huán)境因素和蜘蛛種類的影響。這種一致性對于需要精確材料特性的應(yīng)用至關(guān)重要。(4)兼容性好。eADF4保留了天然蜘蛛絲的生物相容性，使其適用于一系列生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括組織工程和藥物輸送。

本研究探討了eADF4作為增強(qiáng)劑增強(qiáng)PLGA膜力學(xué)性能的潛力。它深入研究了電紡絲性，機(jī)械和熱性能的詳細(xì)檢查，以及用重組蜘蛛絲蛋白eADF4增強(qiáng)的電紡PLGA膜的形態(tài)。利用人角質(zhì)形成細(xì)胞體外傷口模型對PLGA膜進(jìn)行了評估，以評估其在組織工程中的應(yīng)用潛力。這包括檢查它們對細(xì)胞活力、傷口愈合能力和潛在刺激性的影響，并在直接和間接暴露于膜后測量IL-8的釋放。

二、摘要

聚乳酸-聚乙二醇（PLGA）是最具吸引力的聚合物生物材料之一，可用于制造藥物輸送和組織工程應(yīng)用的醫(yī)療器械。然而，由于其機(jī)械性能不足，PLGA 在承重應(yīng)用中的使用受到了限制。本研究探討了重組蠶絲纖維素（eADF4）作為 PLGA 增強(qiáng)劑的潛力。PLGA/eADF4 復(fù)合膜是通過電紡絲工藝制成的。研究人員對電紡溶液的可紡性以及復(fù)合膜的物理化學(xué)、機(jī)械和熱性能進(jìn)行了表征。添加 eADF4 增加了電紡絲溶液的粘度，提高了復(fù)合材料的機(jī)械特性和熱穩(wěn)定性。這項研究表明，用靜電紡絲設(shè)備紡絲重組蜘蛛絲纖維蛋白增強(qiáng)的聚乳酸乙丙橡膠（PLGA）膜無細(xì)胞毒性，能顯著促進(jìn)細(xì)胞遷移和傷口閉合，而且不會引發(fā)炎癥反應(yīng)，是先進(jìn)傷口愈合應(yīng)用的理想候選材料。

三、結(jié)論

本研究探討了 PLGA 因其機(jī)械性能差而在組織工程中承重應(yīng)用的局限性。將濃度為 0.5、2.5、5 和 10 wt% 的 PLGA 和重組絲纖維素 eADF4 溶于 HFIP 中，與 25 wt% 的 PLGA 溶液混合，然后進(jìn)行電紡。隨著 eADF4 濃度的增加，PLGA/eADF4 溶液的粘度明顯增加，從而在電紡絲過程中產(chǎn)生了更粗的纖維。加入 eADF4 后，PLGA 的剛性增強(qiáng)，但延展性降低。此外，eADF4 的加入還改善了 PLGA 的熱穩(wěn)定性，提高了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和起始降解溫度。PLGA/eADF4 膜具有良好的細(xì)胞相容性，這表明它們在傷口愈合應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1.靜電紡絲膜

圖2.PLGA 和 PLGA/eADF4 膜的掃描電鏡圖像以及纖維直徑測量結(jié)果。

圖3.(a) PLGA溶液的動態(tài)粘度測量p < 0.05。(b) PLGA/eADF4混合溶液的動態(tài)粘度測量。P < 0.05，樣本量n = 5。