常凌乾/于欣格团队等开发表贴式可降解生物电子支架,增强三维空间大伤口愈合 |
来源:生物世界 2024-09-01 10:45
研究团队设计的可降解-细胞电转生物电子支架(E-TASHI),质量约为8克,由两个功能模块组成。近日,北京航空航天大学常凌乾团队联合北京航空航天大学牟玮教授、香港城市大学于欣格教授、中国中医科学院王毅研究员、国家卫生健康委科学技术研究所尹德东研究员,在Advanced Materials 期刊发表了题为:A Degradable Bioelectronic Scaffold for Localized Cell Transfection toward Enhancing Wound Healing in a 3D Space的研究论文。
该了一种表贴式生物电子器件 E-TASHI,可以精确控制皮肤伤口愈合三个阶段的过渡,为大面积皮肤伤口提供加速和空间均衡愈合。
研究团队设计的可降解-细胞电转生物电子支架(E-TASHI),质量约为8克,由两个功能模块组成:
1)质粒电转染模块,该模块携带供电系统,可在短时间( 1分钟)启动脉冲电场,实现伤口边缘细胞电,并递送质粒(编码促细胞增殖和迁移的基因质粒)进入细胞,促进细胞的快速增值和迁移到支架模块的孔隙内。
2)细胞支架模块,由可生物降解的水凝胶组成的多孔状结构,在短时间内可降解为氨基酸为生物体利用。支架的孔状结构类似细胞外基质,为细胞生长和迁移提供微环境和力学支撑。在伤口修复过程中,有利于真皮层细胞在伤口垂直深度内的分布和生长分化,从而实现表皮(平面)和真皮(空间)修复的同步推进,最终创面重建完整皮肤结构,形成的愈合皮肤与健康皮肤高度相似(图1)。
图1:E-TASHI器件利用支架和电转染双重功效,实现大创口的空间均衡愈合和修复
为了评估E-TASHI在创面的伤口修复能力,研究团队建立了大鼠模型。将E-TASHI植入创面,执行电转染操作。通过检测与创面愈合相关指标在7,14和28天的变化,发现细胞数量、数量等指标在7天时达到峰值,创面修复进入高峰期;在14天细胞与血管数量减少,创面修复接近尾声,且与健康状态下的细胞与血管数量无显著差距。胶原沉积分数和胶原排列方向也在14天时与健康状态下无显著差异。在28天时创面皮肤切面与健康皮肤高度相似(图2)。
图2:E-TASHI治疗大鼠创面,创口处与愈合相关的指标变化
最后,研究团队在巴马猪模型上进一步验证了E-TASHI在创面的伤口修复能力。与大鼠创面修复结果类似,E-TASHI在28天时创面愈合面积几乎完成,细胞数量、血管数量和胶原沉积分数等指标也与健康组无显著性差异(图3)。
图3:巴马猪创面修复模型,创面修复相关指标变化
该电子器件中细胞支架部分在完成细胞增殖和皮肤愈合后,完全降解,无需二次取出;同时,研究团队从 大创口中不同层细胞增殖速度不同,导致愈合不均衡 这一科学问题出发,设计了原位自供电转染微纳器件,为大创面空间均衡修复提供了一种另辟蹊径的高效修复途径。
北京航空航天大学常凌乾教授、牟玮教授、香港城市大学于欣格教授、中国中医科学院王毅研究员、国家卫生健康委科学技术研究所尹德东研究员为论文共同通讯作者,博士研究生肖傲、蒋欣然,北大第一医院胡永艳博士,香港城市大学李虎博士和焦艳丽为论文共同第一作者。
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