一、研究背景

在過(guò)去的幾年里，組織工程材料經(jīng)歷了一個(gè)顯著的擴(kuò)展，并已廣泛應(yīng)用于各個(gè)醫(yī)學(xué)學(xué)科。這些材料在醫(yī)學(xué)上有多種用途，如協(xié)助傷口愈合，替代血管和心臟瓣膜，重建盆腔器官脫垂和修復(fù)腹壁疝，促進(jìn)骨和神經(jīng)再生，甚至在腫瘤治療中作為治療劑。組織工程材料有多種形式，包括電紡纖維、水凝膠、微球、脂質(zhì)體、納米顆粒等。通過(guò)深思熟慮的設(shè)計(jì)，調(diào)查研究揭示了這些生物材料具有調(diào)節(jié)局部免疫反應(yīng)、促進(jìn)組織愈合和促進(jìn)功能恢復(fù)的能力。盡管這些材料具有很好的潛力，但它們的外源性常常誘發(fā)宿主免疫反應(yīng)，導(dǎo)致各種并發(fā)癥，包括機(jī)械包封、慢性無(wú)菌炎癥、感染和復(fù)發(fā)。因此，將局部環(huán)境導(dǎo)向抗炎軌道和減輕宿主對(duì)生物材料的免疫反應(yīng)仍然是組織工程材料的固有挑戰(zhàn)。

免疫系統(tǒng)以精確的控制和平衡運(yùn)作。在最佳生理?xiàng)l件下，免疫系統(tǒng)是一種強(qiáng)大的防御機(jī)制，可以抵御外部刺激，保護(hù)內(nèi)部環(huán)境，維持體內(nèi)平衡。然而，它的失調(diào)是多種疾病的核心。免疫系統(tǒng)包括先天免疫和適應(yīng)性免疫，通過(guò)多種免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子發(fā)揮作用。強(qiáng)免疫細(xì)胞包括巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞。相比之下，適應(yīng)性免疫細(xì)胞包括T細(xì)胞和B細(xì)胞以及其他類型的細(xì)胞。這些免疫細(xì)胞在遇到病原體、外來(lái)物質(zhì)和其他刺激時(shí)被招募和激活，使抗原的呈遞和炎癥介質(zhì)的分泌成為可能，如白細(xì)胞介素- 1 （IL - 1）、IL - 6、腫瘤壞死因子- α (TNF - α)以及抗炎因子如IL - 4和IL - 10。

生物材料和免疫系統(tǒng)之間存在著復(fù)雜的相互作用。植入后，纖維蛋白原、纖維連接蛋白、白蛋白、免疫球蛋白、補(bǔ)體蛋白等黏附蛋白迅速粘附在生物材料表面，形成蛋白層。這些蛋白隨后被抗原呈遞細(xì)胞（apc）如dc識(shí)別，觸發(fā)隨后的宿主免疫反應(yīng)。在早期階段，中性粒細(xì)胞通過(guò)吞噬死細(xì)胞和吸引炎癥細(xì)胞到患處發(fā)揮關(guān)鍵作用。隨著時(shí)間的推移，巨噬細(xì)胞逐漸浸潤(rùn)并成為主要細(xì)胞群，表現(xiàn)出促炎和抗炎表型，并最終通過(guò)其表型轉(zhuǎn)變的程度和速度決定結(jié)果。肥大細(xì)胞和淋巴細(xì)胞也不同程度地參與反應(yīng)。

除了材料植入引起的宿主免疫反應(yīng)外，植入部位往往表現(xiàn)出異常的免疫反應(yīng)，最終導(dǎo)致組織再生受損，因此需要材料發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用來(lái)促進(jìn)再生。例如，腫瘤的進(jìn)展是免疫逃避和腫瘤微環(huán)境的結(jié)果，其特征是酸性和活性氧（ROS）水平的增加。用于腫瘤應(yīng)用的材料有望表現(xiàn)出調(diào)節(jié)活性氧的能力，從而阻礙腫瘤的持續(xù)增殖。此外，過(guò)度或不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)會(huì)阻礙傷口愈合或?qū)е吕w維化。應(yīng)用于持久皮膚傷口的材料被設(shè)想具有調(diào)節(jié)持久炎癥反應(yīng)的能力，從而在抑制感染的發(fā)生和疤痕的發(fā)展的同時(shí)促進(jìn)傷口。因此，生物材料必須盡量減少其固有的免疫原性，并優(yōu)先考慮其免疫調(diào)節(jié)能力，以防止對(duì)身體的二次傷害和慢性炎癥反應(yīng)的潛在持續(xù)性，最終促進(jìn)目標(biāo)器官穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)。

在再生醫(yī)學(xué)蓬勃發(fā)展的今天，免疫工程策略得到了廣泛的應(yīng)用。這些方法作為生物材料概念的基本設(shè)計(jì)原則。實(shí)施免疫工程策略的目標(biāo)是控制植入生物材料與宿主免疫反應(yīng)之間的相互作用，引導(dǎo)其促進(jìn)再生。這項(xiàng)努力的目的是防止發(fā)生強(qiáng)烈的排斥反應(yīng)，減輕植入部位的潛在炎癥。濃度擴(kuò)展到免疫細(xì)胞，免疫因子，甚至信號(hào)通路的調(diào)節(jié)領(lǐng)域，所有這些都達(dá)到了設(shè)計(jì)材料固有的免疫調(diào)節(jié)功能。

在眾多生物材料中，通過(guò)靜電紡絲設(shè)備制備的電紡絲纖維因其在免疫工程策略中的適用性而脫穎而出，其優(yōu)點(diǎn)包括大的表面體積比、高孔隙率、類似細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的三維（3D）結(jié)構(gòu)、卓越的生物相容性和良好的載藥能力。例如，在應(yīng)用免疫工程策略后，它們可以通過(guò)巨噬細(xì)胞極化和中性粒細(xì)胞聚集來(lái)實(shí)現(xiàn)免疫調(diào)節(jié)，突出了它們令人印象深刻的免疫調(diào)節(jié)能力（圖1）。然而，目前還沒(méi)有一個(gè)全面的概述來(lái)闡明靜電紡絲免疫工程對(duì)免疫細(xì)胞的影響，并總結(jié)了用于調(diào)節(jié)免疫過(guò)程的策略。為了更新再生醫(yī)學(xué)中基于電紡絲纖維的免疫工程的現(xiàn)有知識(shí)，本文綜述了各種免疫細(xì)胞和纖維設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的免疫調(diào)節(jié)策略，包括表面修飾，藥物負(fù)載，物理化學(xué)參數(shù)，和生物移植，旨在引導(dǎo)有利于組織再生的免疫方向（圖2）。這項(xiàng)工作旨在為未來(lái)設(shè)計(jì)基于電紡絲的免疫工程材料提供有價(jià)值的見解，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前的挑戰(zhàn)和前景。

圖1.電紡絲纖維在組織修復(fù)過(guò)程中的免疫調(diào)節(jié)潛能

圖2.基于電紡絲纖維的免疫工程示意圖。

二、摘要

免疫工程是再生醫(yī)學(xué)中的一個(gè)新興領(lǐng)域，涉及一系列優(yōu)化組織再生生物材料與宿主組織之間復(fù)雜相互作用的策略。這些策略適用于不同類型的生物材料和各種疾病模型，包括在免疫細(xì)胞和因子水平上精細(xì)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，旨在減輕損傷部位可能出現(xiàn)的纖維化和持續(xù)炎癥等不良反應(yīng)，從而促進(jìn)組織再生。近年來(lái)，隨著靜電紡絲技術(shù)的不斷進(jìn)步，靜電紡絲纖維的免疫調(diào)節(jié)能力引起了人們的廣泛關(guān)注。通過(guò)靜電紡絲設(shè)備制備的電紡絲纖維具有細(xì)胞外基質(zhì)樣特性、高表面積體積比和可靠的藥物合成能力，已成為組織工程材料中的關(guān)鍵角色。這篇綜述特別關(guān)注了基于電紡絲纖維的免疫工程的作用，強(qiáng)調(diào)了它們獨(dú)特的設(shè)計(jì)策略。值得注意的是，靜電紡絲通過(guò)四種基本策略來(lái)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，積極參與免疫工程：(i)表面修飾，（ii）載藥，（iii）理化參數(shù)和（iv）生物嫁接。本文綜述了損傷組織中免疫系統(tǒng)的復(fù)雜機(jī)制，同時(shí)揭示了電紡絲纖維協(xié)調(diào)免疫調(diào)節(jié)的關(guān)鍵策略。此外，本文還對(duì)電紡纖維免疫調(diào)節(jié)功能的發(fā)展趨勢(shì)和局限性進(jìn)行了綜述，旨在推動(dòng)基于電紡纖維的免疫工程的發(fā)展，以充分發(fā)揮其潛力。

三、結(jié)論

一般來(lái)說(shuō)，生物材料與免疫系統(tǒng)有著復(fù)雜而不可分割的聯(lián)系。免疫系統(tǒng)的激活程度往往決定著疾病的前景和生物材料的命運(yùn)。植入的外來(lái)生物材料會(huì)引發(fā)宿主的免疫反應(yīng)。 設(shè)計(jì)良好的生物材料有可能在局部環(huán)境中調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境。在現(xiàn)有的各種生物材料中，通過(guò)電紡絲技術(shù)制造的纖維在調(diào)節(jié)局部免疫方面最具潛力。這是因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)異的生物相容性、高孔隙率、高表面體積比和穩(wěn)定的藥物釋放率。

圖3.電紡絲設(shè)備、機(jī)制和工藝示意圖。