一、研究背景

傷口愈合的過程是復(fù)雜的、多階段的，包括止血、炎癥、增殖和成熟。然而，它可能會在炎癥或增殖階段停止，將正常傷口轉(zhuǎn)變?yōu)槁詡?，這可能會給患者帶來不適。在預(yù)防糖尿病足潰瘍患者截肢等并發(fā)癥和阻止急性傷口向慢性傷口發(fā)展方面，傷口愈合效率值得關(guān)注、。在炎癥和增殖階段，在巨噬細胞和其他免疫細胞產(chǎn)生的因子和細胞外基質(zhì)（ECM）的物理提示的引導(dǎo)下，成纖維細胞被招募到傷口部位。因此，成纖維細胞向創(chuàng)面的遷移被認為是確保創(chuàng)面愈合過程順利進行以提高創(chuàng)面愈合效率的重要因素，特別是從炎癥階段向增殖階段過渡的過程。

在微/納米纖維制造技術(shù)中，靜電紡絲作為一種成本效益高且直接的方法脫穎而出，它能夠制造由微和納米纖維組成的膜，以模仿天然皮膚ECM 、。它在傷口愈合治療中的潛在應(yīng)用是巨大的，包括藥物輸送（例如，生長因子，抗炎藥，活細胞）、，促進細胞分泌、，以及指導(dǎo)細胞行為、。在各種聚合物選擇中，許多研究已經(jīng)證明了各種形式的SF作為促進愈合過程的治療性傷口敷料的優(yōu)勢、，包括水凝膠、海綿、薄膜、靜電紡納米纖維膜和水膠體敷料、。集熱器的結(jié)構(gòu)和對靜電場的控制可以有效地影響纖維的排列，從而獲得排列整齊的微納纖維膜。然而，挑戰(zhàn)也出現(xiàn)了，特別是當(dāng)通過選擇特定的集熱器（如旋轉(zhuǎn)圓柱形滾筒或平行電極）來生產(chǎn)排列的電紡絲纖維時。傳統(tǒng)靜電紡絲方法制備的排列微納纖維膜通常相對較薄，并且各向異性和稀疏互連在一起，使得纖維膜力學(xué)不穩(wěn)定。因此，在實驗、手術(shù)和潮濕的生理環(huán)境條件下，排列的纖維膜很容易受到外力的破壞，極大地限制了其在體外和體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

本研究開發(fā)了一種新型的陣列靜電紡絲收集器，不僅可以精確控制纖維取向分布，而且可以同時高效地制備有序和無序的SF纖維膜，如圖1a所示。靜電紡絲過程中的陣列靜電紡絲集熱器為每一層排列整齊和隨機排列的SF纖維層的沉積提供了合適的電場，實現(xiàn)了有序/無序排列的圖案化SF膜材料的高效制備。與傳統(tǒng)的單列纖維膜相比，圖案膜在面積膨脹過程中具有更好的力學(xué)性能和高度排列的纖維取向。將圖紋膜根據(jù)纖維取向分為有序區(qū)膜（SF-Fr-O）和無序區(qū)膜（SF-Fr-D）兩種樣品進行進一步研究（圖1b）。另外，將再生的絲素溶液直接固化制備的扁平絲素膜稱為扁平絲素（SF- ft）作為參比樣品。在這里，所有三種材料（SF-Fr-O， SF-Fr-D和SF-Ft）被指定為正常人類真皮成纖維細胞（nffs）和脂肪組織來源的間充質(zhì)干細胞（AD-MSCs）的生長平臺。我們使用雙重視角來探索由細胞產(chǎn)生的不同條件培養(yǎng)基（CMs）和材料的結(jié)構(gòu)線索對NHDFs遷移的影響。在評估AD-MSCs和ndfs以CMs形式分泌的產(chǎn)物時，主要重點是評估旁分泌效應(yīng)。此外，通過細胞形態(tài)、取向和遷移速度的變化來評估NHDFs遷移過程中材料的物理結(jié)構(gòu)線索。有序和無序納米纖維提供的微環(huán)境可以直接引導(dǎo)NHDFs遷移，也可以影響AD-MSCs和NHDFs的旁分泌效應(yīng)，從而提高NHDFs遷移的趨化性。本研究通過探索細胞對微環(huán)境的響應(yīng)和材料本身提供的內(nèi)在線索所產(chǎn)生的CMs的影響，為提高傷口愈合效率提供了新的思路。

二、摘要

在這項研究中，設(shè)計了一種新的陣列靜電紡絲收集器來生成兩種不同的再生絲素纖維膜：有序和無序。通過靜電紡絲設(shè)備在紡絲過程中利用靜電力可以精確控制SF纖維的方向，從而產(chǎn)生包含對齊和隨機排列的纖維層的膜。這種創(chuàng)新的方法導(dǎo)致了大面積膜的發(fā)展，由于其交替的圖案結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，可以通過使用集熱器進行膨脹來實現(xiàn)，并改善了排列纖維膜的機械性能。該研究深入探討了這些膜在提高傷口愈合效率方面的潛力。用脂肪組織源性間充質(zhì)干細胞（AD-MSCs）和正常人真皮成纖維細胞（NHDFs）進行體外毒性實驗，證實了SF膜的生物相容性。我們使用雙重視角來探索由細胞產(chǎn)生的不同條件培養(yǎng)基和材料的結(jié)構(gòu)線索對NHDFs遷移的影響。納米纖維提供的微環(huán)境可以直接引導(dǎo)NHDFs遷移，也可以影響AD-MSCs和NHDFs的旁分泌效應(yīng)，從而提高NHDFs遷移的趨化性。特別是有序膜，在引導(dǎo)細胞定向遷移方面表現(xiàn)出明顯的有效性。本研究強調(diào)，SF膜促進的可定制微環(huán)境優(yōu)化了間充質(zhì)干細胞的旁分泌產(chǎn)物，并提供了有價值的物理線索，為提高傷口愈合效率提供了新的前景。

三、結(jié)論

在這項研究中，創(chuàng)新地設(shè)計了一種陣列靜電紡絲收集器，用于制備由排列和隨機排列的靜電紡絲纖維組成的靜電紡絲圖案SF膜。這種獨特的靜電紡絲工藝允許通過靜電操縱精確控制SF纖維的方向分布，從而實現(xiàn)排列和隨機纖維層的整合。另外，通過配置靜電紡絲捕集劑的排列方式，擴大了纖維膜的尺寸，改善了排列膜的力學(xué)性能。所得到的膜顯示出交替的圖案結(jié)構(gòu)，具有無序和有序纖維分布的區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)生成了具有優(yōu)異穩(wěn)定性的大面積膜，促使人們進一步探索SF纖維膜拓撲結(jié)構(gòu)對細胞行為的影響及其作為傷口修復(fù)材料的潛在應(yīng)用。利用AD-MSCs和NHDFs細胞進行的體外細胞毒性實驗表明，制備的SF纖維膜沒有明顯的毒性作用，具有良好的生物相容性。此外，該研究還深入了解了可能影響細胞CM形成的特定微環(huán)境，從而提高傷口愈合效率。來自AD-MSCs和NHDFs的CMs在SF-Ft上培養(yǎng)時均表現(xiàn)出促進細胞遷移的能力。值得注意的是，來自AD-MSCs的CMs在SF-Fr-O上培養(yǎng)時，蛋白質(zhì)濃度顯著增加。此外，靜電紡SF材料的形貌顯著影響細胞行為，影響細胞形態(tài)、遷移速度和趨化性。由排列纖維（SF-Fr-O）組成的膜創(chuàng)造了一個優(yōu)化的微環(huán)境，促進了NHDF的有效遷移。這表明這些纖維提供了增強的粘附位點和方向線索，導(dǎo)致細胞遷移速度加快和方向性改善。最后，該研究強調(diào)了調(diào)節(jié)微環(huán)境的潛力，以定制分泌產(chǎn)物和材料地形線索，以指導(dǎo)定向細胞遷移，為提高傷口愈合效率提供了有希望的途徑。

圖1.(a)用于高效膜收集的陣列靜電紡絲收集系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)能夠在一次靜電紡絲過程中同時收集隨機和排列的纖維膜。纖維依次懸浮在傾斜縫隙上，同時也隨機沉積在縫隙上。靜電紡絲液是從天然家蠶蠶絲中提取的。(b)在SF-Fr-O、SF-Fr-D和SF-Ft上生長的脂肪組織來源的間充質(zhì)干細胞或正常人真皮成纖維細胞的形態(tài)學(xué)。(c)通過條件培養(yǎng)基形式的分泌產(chǎn)物和物理提示來評估細胞遷移促進作用。

圖2.(a)第3天拍攝的掃描電鏡（SEM）圖像，顯示了在SF-Fr-D、SF-Fr-O和SF-Ft上培養(yǎng)的脂肪組織來源的間充質(zhì)干細胞（AD-MSCs）和正常人真皮成纖維細胞（nffs）的形態(tài)。(b)細胞擴散面積和(c) AD-MSCs半徑比的定量。(d)細胞擴散面積和(e) NHDFs半徑比的定量。所有數(shù)值均以平均值±SEM表示。統(tǒng)計學(xué)顯著性采用非配對雙尾學(xué)生t檢驗。* p < 0.01。