创伤精准修复公众号是创伤精准修复课题组（W&H Group）的官方公众号。本课题组以创伤精准修复与临床转化为主要研究方向。
公众号推出的每一篇文章均是由W&H Group成员精选精读，旨在分享传播与创伤修复相关的最新科研成果。
知识点1 — 分子对接（Molecular Docking）及常用软件
分子对接是一种通过受体的特征以及受体和药物分子之间的相互作用方式来进行药物设计的方法。它主要研究分子间（如配体和受体）相互作用，并预测其结合模式和亲合力的一种理论模拟方法。
常用软件：1.UCSF DOCK：它可以处理小分子与蛋白质、小分子与核酸、蛋白与蛋白、蛋白与核酸等体系的对接问题。UCSF DOCK的主要目标是根据小分子与蛋白质的结合亲和力进行分子对接，通过计算和评估大量的小分子构象和结合自由能来预测小分子与蛋白质的结合模式。它还可以用于虚拟筛选，从大量的化合物库中挑选出具有潜在药物活性的化合物。2.AutoDock与AutoDock Vina：AutoDock Vina是由同一实验室开发的全新算法的开源分子对接软件，旨在预测小分子（例如底物或候选药物）如何与已知3D结构的受体结合。AutoDock和AutoDock Vina都允许小分子的构象发生变化，以结合自由能作为评价对接结果的依据。它们可以预测小分子与受体的结合模式，并评估结合的亲和力。
知识点2 — 偏光显微镜在材料科学领域的应用
偏光显微镜利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定，能够揭示材料的微观结构和性质。① 材料分析与表征：偏光显微镜可用于观察和分析材料的晶体结构、晶体取向、缺陷、相变以及应力分布等。② 材料鉴定与质量控制：在材料科学中，偏光显微镜常用于材料的鉴定和质量控制。通过对比不同材料的偏光显微镜图像，可以区分出材料的种类和成分。③ 材料性能研究：通过观察材料在加热、冷却或受力过程中的变化，可以了解材料的热稳定性、力学性能和相变行为等。④ 透反射偏光显微镜的应用：透反射偏光显微镜是偏光显微镜的一种，它将光学显微镜技术、光电转换技术和计算机图像处理技术完美结合，能够实现对物体在透射和反射光下的偏光观察。
知识点3 — 压电性能在创伤修复中的应用
压电性能在创伤修复中的应用主要体现在利用压电材料产生的电刺激效应来促进细胞的增殖、分化及再生，从而加速创伤愈合过程。
压电性能是指某些介质（如单晶体、压电陶瓷等）在受到定向压力或张力的作用时，能使晶体垂直于应力的两侧表面上分别带有等量的相反电荷。当外力撤销后，晶体又恢复到不带电的状态。这种现象称为正压电效应，具有压电效应的物体称为压电体。
压电性能在创伤修复中应用的优势：1、提供稳定的电刺激。压电材料在受到外力作用时能够产生电压，这一特性使得压电材料在创面修复中能够作为外源性电刺激源。通过合理的结构设计，如3D打印技术制备的压电水凝胶支架，可以在创面受到压力或形变时产生稳定的电流，从而刺激伤口周围的细胞和组织，促进愈合过程。2、促进细胞生长和粘附。电刺激对于细胞生长和粘附具有积极影响。压电材料产生的微电流可以模拟生物电信号，促进成纤维细胞等关键细胞的粘附和生长，进而加速伤口的愈合。3、减少疤痕组织形成：在伤口修复过程中，疤痕组织的形成是一个常见的问题。压电材料通过提供稳定的电刺激，可以调节伤口周围的细胞外基质（ECM）重塑过程，减少胶原纤维的沉积紊乱，从而有效防止疤痕组织的形成。这对于提高伤口修复的质量和美观度具有重要意义。4、提高愈合速度和效率：压电性能在创面修复中的应用还可以显著提高愈合速度和效率。通过合理的电刺激，可以促进伤口周围的血液循环和营养供应，加速细胞增殖和分化，从而加快伤口的愈合进程。5、具有抗菌性能。部分压电材料，如氧化锌（ZnO）纳米粒子改性聚偏氟乙烯（PVDF）压电水凝胶支架，还具有良好的抗菌性能。这可以进一步减少伤口感染的风险，提高创面修复的成功率。
酸性成纤维细胞生长因子（aFGF）在高发病率和死亡率的烫伤创面的治疗中，特别是在促进深局部创面的修复方面显示出巨大的潜力。然而，它的半衰期短和体内不稳定性给临床应用带来了挑战。
在这项研究中，温州医科大学吴疆教授与瓯江实验室何华成研究员（通讯作者）团队制备了两种仿生改性压电壳聚糖（CS）膜，即肝素包被CS膜（HCS）和聚多巴胺包被CS膜（DCS），并将其作为aFGF局部递送的控释平台。聚多巴胺或肝素层作为“桥梁”连接CS压电膜和aFGF，促进了aFGF的负载，并通过分子间相互作用使aFGF从压电膜上可控释放。此外，肝素和聚多巴胺固有的生物活性增强了CS膜的亲水性和抗菌性能，聚多巴胺涂层还使CS膜具有光热活性。体内实验证实，控释aFGF与低温光热治疗协同作用，通过促进肉芽形成、胶原沉积、再上皮化和血管生成，共同加速烫伤创面在14天内有效愈合。这项研究为开发多功能壳聚糖伤口敷料和新的给药平台开辟了新的可能性。
（A）CS、HCS、DCS膜的制备工艺示意图。（B）不同浓度的肝素钠（1、3、5 mg/mL）和多巴胺溶液（2、4、8 mg/mL）处理2小时后CS膜的外观。可以看出，与CS膜相比，随着DA含量的增加，DCS膜的颜色逐渐加深。相比之下，HCS膜的颜色没有表现出明显的变化。（C）CS、HCS和DCS膜的柔韧性测试。HCS和DCS膜都保持了柔韧性，膜可以自由卷曲而不会破裂。（D）不同浓度肝素钠（1、3、5 mg/mL）和多巴胺溶液（2、4、8 mg/mL）处理CS膜的透明图像。颜色和透明度的差异进一步表明PDA和HP成功涂层。彩色的花朵被用来形象化不同膜的透明度，可以清楚地看到，与原始的光学透明CS膜相比，这两种改性都会降低透明度。（E）不同浓度肝素钠（1、3、5 mg/mL）和多巴胺溶液（2、4、8 mg/mL）处理CS膜的偏光显微镜图像。图中偏振光和白光结果表明，HP和PDA改性后的CS膜在偏振光下仍然表现出相似的双折射现象，说明这些改性并没有改变压电CS膜的晶体结构。
（A）不同CS膜的拉伸示意图。研究了CS膜的力学性能，并在Instron万能试验机上以等速拉伸膜，分析了膜的拉伸行为。 （B-C）膜的拉伸应力-应变曲线及拉伸应力图。CS膜的拉伸应力为0.34 ± 0.05 MPa。与CS膜相比，HCS膜的力学性能得到增强，其机械应力约为CS膜的2倍。相反，所有DCS膜的机械应力下降到CS膜的70%左右。（D）不同CS膜的弹性模量。根据应力应变图，计算了膜的弹性模量。改性CS膜的弹性模量与CS膜相当，均在1 MPa左右，适合用于伤口敷料。（E-F）不同浓度肝素钠（1、3、5 mg/mL）和多巴胺溶液（2、4、8 mg/mL）处理后CS膜的水接触角。创面敷料需要具有良好的亲水性，可有利于细胞粘附和生长。通过静态水接触角（WAC）测试来评估这些膜的表面润湿性。CS膜的WAC约为47.3°。可以看出，HP和PDA涂层均能提高CS膜的亲水性，降低WACs，这与HP和PDA含有丰富的亲水性基团有关。WAC结果进一步证明了HP和PDA在改性膜上的成功涂层及其作为伤口敷料的应用前景。（G）材料的压电性能测试。利用示波器对膜施加周期性力，测量了膜的压电性能，均记录到相反电压峰的周期波动，说明CS膜具有压电特性。同时，随着HP和DA浓度的升高，HCS和DCS膜产生的压电电压呈上升趋势。其中，5 mg/mL肝素修饰的CS膜产生的电压最高。由于电刺激已被证明能有效加速伤口修复，因此具有合适压电活性的CS膜有望促进伤口愈合。（H）808 nm近红外激光（0.7 W/cm2）照射10
min后各膜的温度曲线。由于PDA的光热效应，DCS膜具有明显的光热响应。光照10 min后，经2、4、8 mg/mL多巴胺溶液修饰的DCS膜温度分别升高至62.5 ± 0.3℃、66 ± 0.3℃、72 ± 0.3℃。实验结果证明DCS膜是一种高效的光热剂，可以通过改变辐照时间和多巴胺浓度来调节温度。
（A）aFGF与肝素（a）、多巴胺（b）的分子对接分析。鉴于改性CS膜具有良好的抗菌性能和生物相容性，其在生物医学领域的应用前景值得进一步探索。具有HP或PDA的仿生涂层赋予CS膜许多活性基团，具有递送生长因子药物酸性成纤维细胞生长因子（aFGF）的巨大潜力。（B） aFGF-HCS （a）和aFGF-DCS（b）膜的制备示意图。进一步采用改性CS膜作为载体递送aFGF，以减少蛋白质失活，实现缓释。（C）经PBS、肝素钠（1、3、5 mg/mL）和多巴胺溶液（2、4、8 mg/mL）处理后，附着于CS膜上的FITC标记aFGF的荧光图像。为了验证aFGF成功地固定在DCS和HCS膜表面，aFGF被荧光染料（FITC）预标记，FITC标记的aFGF被用于制备aFGF-CS、aFGF-DCS和aFGF-HCS膜。然后用荧光显微镜观察aFGF在膜上的分布。在aFGF-DCS和aFGF-HCS膜上可以观察到均匀分布的绿色荧光，表明aFGF已成功负载。而在aFGF-CS膜中，没有观察到荧光，说明aFGF与壳聚糖的亲和力较弱，物理吸收的aFGF在CS膜表面容易脱附。实验结果进一步验证了仿生表面涂层策略对于aFGF的局部递送是有效的。（D）肝素钠（1、3、5 mg/mL）和多巴胺溶液（2、4、8 mg/mL）处理CS膜aFGF的体外释放曲线。在第一个小时内，发生了突释，大约75 pg的aFGF可以从所有膜中释放出来。然后在15 h内逐渐释放aFGF。从结果可以看出，DA和HP的浓度不影响aFGF从膜中的释放行为。使用5 mg/mL HP修饰的aFGF-HCS膜和8 mg/mL DA修饰的aFGF-DCS膜进行以下体内研究。总体而言，成功构建了aFGF缓释递送体系。
（A）小鼠烫伤创面造模流程图。制备的CS膜具有良好的生物相容性、抗菌性能和持续释放aFGF的能力。通过小鼠深二度烫伤模型进一步研究了不同膜对皮肤创面愈合的影响。在第-3天，用直径为8 mm的预热金属棒在小鼠背部构建深二度损伤。第0天，去除坏死组织，相应组采用不同的CS敷料。在第3天和第7天，对所有敷料进行换新。在NIR-DCS和NIR-aFGF-DCS组中，膜覆盖伤口后采用808 nm近红外激光照射10 min，温度保持在40℃左右，用FLIR热像仪监测。在第0、3、7、14天分别记录伤口的代表性照片。（B）第-3、0、3、7和14天伤口的代表性宏观视图及创面尺寸变化模拟图。在第14天，HCS和DCS组的残余创面比CS组小，这主要是由于HP和PDA涂层的内在生物活性。同时，与DCS组和HCS组相比，aFGF-DCS组和aFGF-HCS组的伤口愈合效率均有所提高。值得注意的是，与非近红外光组相比，近红外光照射组的伤口愈合效果更好，这表明近红外光热疗法对伤口修复有积极作用。在所有组中，NIR-aFGF-DCS组的治疗效果最佳，这是由于aFGF与光热效应的协同作用。（D）伤口愈合率曲线。在视觉图像的基础上，深度计算伤口闭合率。第14天，NIR-aFGF-DCS组创面愈合率为88.1 ± 2.9%，优于CS、HCS、aFGF- HCS、DCS、aFGF-DCS和NIR-DCS组，后者创面愈合率分别为69.1% ± 3.5%、78.7% ± 3.0%、79.8% ± 4.5%、80.4% ± 3.9%、82.8% ± 4.1%和86.2% ± 2.6%。（E）小鼠愈合过程中体重变化曲线。在此过程中没有发现明显的体重变化，说明敷料具有良好的生物安全性。
（A）各处理后第7天伤口组织的H&E染色组织学图像。第7天，各组表皮均保持较宽的损伤。（B）各处理后第14天皮肤组织创面组织的H&E染色组织学图像。第14天，CS组仍能看到较大的肉芽组织间隙。与CS组比较，DCS组和HCS组的创面愈合均有一定程度的改善。引入aFGF后，aFGF-HCS和aFGF-DCS组创面边缘长度明显小于DCS和HCS组。引入aFGF后，aFGF-HCS和aFGF-DCS组创面边缘长度明显小于DCS和HCS组。NIR-aFGF-DCS处理的伤口几乎完全修复，肉芽组织间隙在所有组中最窄，表明aFGF、热疗和电刺激共同促进伤口修复。（C）不同膜处理创面后第7天创面组织的Masson三色组织学图像。第7天各组均仅有少量无组织胶原。（D）不同膜处理创面后第14天皮肤组织创面组织的Masson三色组织学图像。第14天，aFGF-DCS组和aFGF-HCS组创面与少量胶原纤维松散堆积的CS组、HCS组和DCS组相比，创面胶原纤维束和毛囊密集堆积，提示aFGF能有效促进胶原沉积和皮肤附体再生。从仿生CS膜中控释的aFGF能充分发挥良好的生物活性，促进深二度烫伤创面的恢复。此外，NIR-aFGF-DCS组胶原沉积最好，胶原束排列整齐，表明aFGF的协同作用和适当的热疗提高了胶原沉积结果。
（A）不同膜处理后第14天创面组织的天狼星红染色组织学图像。采用天狼星红（PSR）染色评价创面处胶原纤维的成熟和取向。与CS和HCS组相比，aFGF-HCS膜处理的伤口切片中出现了更多橙色/红色的I型胶原。在比较DCS组和aFGF-DCS组的结果时也出现了同样的现象，说明aFGF促进更广泛、更成熟的胶原纤维沉。与DCS组相比，NIR-DCS组表现出明显更大的I型胶原沉（更亮的橙色），这表明热疗具有在一定程度上增强胶原成熟的潜力。可以看出，在NIR-aFGF-DCS组中加入热疗和aFGF后，胶原蛋白出现了最亮的橙色，说明aFGF和热疗共同促进了胶原蛋白的成熟，最终加速了烫伤创面的再生。（B）第14天皮肤组织纤维取向的代表性图像。根据PSR染色结果，检测胶原纤维的取向，与其他组相比，NIR-aFGF-DCS处理的创面定向性更好，说明这种多功能创面敷料能有效促进胶原纤维的成熟和定向。（C）不同膜处理创面后第14天皮肤组织角蛋白免疫组化染色的代表性照片。皮肤创伤后的再上皮化在创面愈合中起着至关重要的作用。采用细胞角蛋白免疫组化染色来评估相应组在伤口愈合过程中的再上皮化情况。CS组创面中可见大量未愈合的再上皮，说明创面愈合时间较长。改良PDA和肝素可促进DCS组和HCS组的再上皮过程。aFGF-DCS组和aFGF- HCS组显示出更多的阳性染色区域，表明aFGF改善了表皮的爬行速度。此外，在aFGF-HCS处理的伤口床上，可以观察到新的毛囊（黑色箭头）。用NIR-aFGF-DCS处理的组在伤口表皮区域显示出完整的灰色细胞角蛋白层，表明完全的再上皮化。（D）不同膜处理创面后第7天皮肤组织CD31免疫荧光染色的代表性照片。白色三角形表示血管。血管生成是伤口快速愈合的重要指标。血管的存在能够持续地将营养物质和氧气输送到伤口部位，有助于促进伤口修复。因此，在创面愈合初期血管的形成是评估敷料效果的关键。CD31也被称为血小板内皮细胞粘附分子，常被用作新生血管的重要指标。在此，我们使用CD31免疫荧光染色检测第7天伤口部位的血管生成。与CS组相比，其他组的新生血管数量（用白色三角形表示）明显增加。与HCS和DCS组相比，aFGF-HCS组和aFGF-DCS组新生血管更为明显，说明aFGF在一定程度上促进了血管生成。此外，NIR-DCS-aFGF组新形成的血管与aFGF-DCS组相当，这意味着这些组可以有效地促进血管生成，并将营养物质和氧气运输到伤口部位，最终加速创伤再生。
综上所述，本研究开发了两种仿生多功能aFGF改性功能化压电壳聚糖膜敷料：aFGF-HCS膜和aFGF-DCS膜。将肝素和聚多巴胺浸涂在压电CS膜上，初步制备了HCS和DCS膜。随后，由于肝素/多巴胺与aFGF具有良好的亲和性，aFGF可以通过分子间相互作用有效地附着在HCS和DCS膜表面。系统地研究了膜的外观形态、力学性能、表面润湿性、压电活性、光热性能、生物相容性和药物释放特性。体内研究表明，近红外激光照射下的aFGF-DCS膜，通过aFGF控释与热疗的协同作用，可有效促进肉芽形成、胶原沉积、再上皮化和血管生成，具有最佳的创面愈合效果。本工作制备了两种高效的FGFs递送平台，具有广阔的应用前景。
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