【Abstract】
2024年10月，上海大学生命科学学院赵春华教授团队在期刊【Advanced Materials】上发表题为“Freestanding Hydrogen-Bonded Organic Framework Membrane for Efficient Wound Healing”的研究论文。
该论文介绍了一种以PFC-73为核心的PMMA@PFC-73复合膜的制备及其在促进伤口愈合中的应用。研究表明，PFC-73不仅具有优异的生物相容性，还能促进内皮细胞的增殖与迁移，同时具备抗炎和抗氧化应激的特性。体内小鼠实验显示，PMMA@PFC-73膜显著加速了伤口愈合，并通过调控基因表达减少炎症反应，增强皮肤再生。该膜具有良好的止血性能和生物安全性，展现出在创伤护理领域的潜力。
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【Result ＆ Figure】
一、PMMA@PFC-73 膜的合成和表征
1. 膜的制备与材料组成：通过聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与PFC-73（含镍卟啉基HOFs）在液-气界面制备PMMA@PFC-73膜，最佳比例为5:3，膜厚55 µm，具有优异的湿组织粘附性（图S1a-d，S2a-b）。 2. 晶体结构表征：X射线衍射（XRD）显示PMMA@PFC-73膜的晶体结构与PFC-73粉末一致，明确了(020)、(040)和(210)晶面（图1a）。 3. 膜的表面与内部结构：通过原子力显微镜（AFM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）确认膜表面平滑，晶格间距2.21 nm，表明其晶体相位（图1c-d, S3）。 4. 元素分布与显微分析：元素映射和扫描电子显微镜（SEM）显示C、N、O、Ni均匀分布，证实PFC-73颗粒在膜内均匀分散（图1e-f, S4）。 5. 生物适应性与组织粘附性：PMMA@PFC-73膜可紧密贴合肾脏、心脏、肝脏等器官，有效止血且无残留，加速伤口愈合（图1g-h, S5）。 6. 透气性与疏水性：水蒸气透过率（WVTR）为471.5 g/m²/d，高于传统柔性基材；膜仍具疏水性，接触角保持不变（图1i, S6）。![]()
Figure 1.PMMA@PFC-73 膜的合成和表征。
二、PMMA@PFC-73 膜的体外溶血和凝血作用
1. 细胞生物相容性：使用HUVECs细胞进行评估，荧光成像和CCK-8实验结果显示，PMMA@PFC-73膜在48小时孵育后细胞存活率超过98%，表明其对皮肤安全（图2a,b）。 2. 血液相容性：通过抗凝血新鲜血液测试，PFC-73单独使用会导致溶血率超过安全阈值，但PMMA@PFC-73膜的溶血率始终在安全范围内，展示了良好的血液相容性（图S7a,b, 2c）。 3. 凝血性能：在体外凝血实验中，PMMA@PFC-73膜显示出优异的凝血能力，120分钟内无溶血，与商用纱布相当，且明显优于PMMA膜（图2d）。 4. 凝血指数（BCI）测定：PMMA@PFC-73膜的BCI值为32.9%，优于PMMA膜（51.8%）并略优于纱布组（36.9%），说明其能更有效促进血液凝固（图2e）。 5. 凝血机制：扫描电子显微镜（SEM）图像显示，PMMA@PFC-73膜通过氢键诱导红细胞聚集，加速血凝块形成（图2f,g）。 6. 抗菌效果：PFC-73和PMMA@PFC-73膜能有效减少金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）的细菌活性，分别降低至55.77%和79.3%（图S8）。![]()
Figure 2.体外 PMMA@PFC-73 膜的血液相容性和凝固特性。
三、PFC-73 在体外对细胞增殖和迁移的影响
1. PFC-73对HUVECs增殖的影响：PFC-73与HUVECs共培养24小时后，各种浓度的PFC-73表现出良好的生物相容性。48小时后，HUVECs的细胞活力提升约1.5倍（图3a,b，S9a）。卡钙黄-AM和PI染色显示，在PFC-73（50 µg/mL）处理下细胞死亡率较低（图S9b）。 2. 长期增殖效果：HUVECs在5天培养期间维持了高增殖率，证实PFC-73显著促进HUVECs增殖（图3c）。 3. PFC-73对细胞迁移的影响：划痕实验和Transwell迁移实验显示PFC-73显著增强HUVECs的迁移能力。12小时共培养后，PFC-73处理组的伤口愈合率比对照组高出23.5%，24小时时差异显著（图3d,e）。Transwell实验表明迁移细胞数量增加了约10倍（图3f,g）。 4. Ki67表达的上调：PFC-73显著上调了细胞增殖标志物Ki67的mRNA表达（图3h），免疫荧光分析进一步证实了Ki67核表达的增加，表明细胞处于活跃增殖状态（图3i）。 5. Vegf表达的上调：RT-qPCR结果显示PFC-73显著上调了Vegf基因的mRNA表达，表明镍离子的释放在增强HUVECs增殖和迁移中起重要作用（图S10）。![]()
Figure 3.PFC-73 促进 HUVEC 的增殖和迁移。
四、改善炎症和保护细胞免受氧化应激的影响
1. PFC-73对ROS水平的抑制：通过LPS刺激HUVECs 24小时，建立细胞模型，模拟过量的ROS生成。结果显示LPS显著增加了ROS水平，而PFC-73（50 µg/mL）有效降低了ROS水平，表现出清除LPS诱导过量ROS的能力（图4a,b）。 2. PFC-73的抗炎能力：在LPS处理的HUVECs炎症模型中，PFC-73显著降低了IL-8、IL-6和IL-1β等促炎因子的mRNA表达，减轻了LPS诱导的细胞炎症反应（图4c,d, S11）。 3. PFC-73对氧化应激的保护作用：在H2O2（650 µm）诱导的氧化应激模型中，PFC-73显著减轻了HUVECs因氧化应激导致的细胞损伤，细胞活力下降被有效缓解（图4e,f）。![]()
Figure 4.PFC-73 的抗炎作用及其对细胞免受氧化应激的保护。
五、体内 PMMA@PFC-73 膜对伤口的治疗效果
1. PMMA@PFC-73膜的止血与自适应性：PMMA@PFC-73膜能够有效吸附红细胞和血小板，促进止血，并且通过释放PFC-73促进HUVECs的增殖和迁移，具有优异的抗炎性能和抗氧化应激损伤的保护作用。 2. 伤口愈合的体内评估：通过小鼠背部0.6 cm全层皮肤创伤模型，观察PMMA@PFC-73膜的促愈合效果。实验结果显示，PFC-73和PMMA@PFC-73膜均加速了伤口愈合，尤其是PMMA@PFC-73膜组在第4天的愈合率是对照组的1.4倍，第8天愈合率达到97%（图5a–d）。 3. 组织学分析：H&E染色显示PMMA@PFC-73膜组显著减少了炎症细胞浸润，促进了上皮重建。Masson三色染色表明该组的胶原沉积最多（图5e,f）。 4. 炎症标志物IL-6表达：PFC-73和PMMA@PFC-73膜显著降低了伤口微环境中的IL-6表达，尤其是PMMA@PFC-73膜几乎完全抑制了IL-6的表达，减少了炎症反应（图S12）。 5. 生物安全性：H&E染色显示主要器官（心、肝、脾、肺、肾）无异常病理变化，血液检测未见异常，证明PMMA@PFC-73膜具有良好的生物安全性（图S13a,b）。![]()
Figure 5.PMMA@PFC-73 纳米复合膜对小鼠伤口愈合的治疗效果。
六、PMMA@PFC-73 膜的治疗机制
1. 转录组分析概述：对伤口组织样本进行了转录组分析，层次聚类和主成分分析（PCA）显示三组伤口组织的基因表达存在显著差异。PFC-73处理组有1995个差异基因，PMMA@PFC-73膜组有1827个差异基因，且两组之间有460个差异基因（图6a, S14a-b）。 2. 基因表达变化：在PFC-73处理组中，有971个基因下调，1024个基因上调（图6b）；PMMA@PFC-73膜组则有738个基因下调，1089个基因上调（图6c）。 3. 基因功能富集分析：PFC-73处理组的差异基因主要与皮肤发育、脂肪酸代谢、表皮发育、细胞增殖和白细胞激活相关（图S15）；而PMMA@PFC-73膜组则与皮肤发育、表皮发育、脂肪酸代谢、细胞增殖和炎症反应调节相关（图S16）。 4. 差异基因功能分类：在PFC-73组，差异基因集中在白细胞细胞间粘附、表皮发育和皮肤发育（图6d）；在PMMA@PFC-73膜组，差异基因集中在表皮发育、皮肤发育、白细胞迁移、细胞增殖和表皮细胞分化（图6e）。细胞组分分析表明差异基因主要与细胞外基质相关，而分子功能分析则突出与糖胺聚糖结合、细胞粘附分子、免疫受体和细胞因子相关的基因（图S17a-b）。 5. PMMA@PFC-73膜的具体基因调控：PMMA@PFC-73膜处理显著上调了与皮肤发育相关的基因，同时下调了促炎基因（图6f-h）。KEGG通路分析揭示了细胞因子-细胞因子受体相互作用等通路的变化，表明了促进伤口愈合的额外机制（图S17c）。![]()
Figure 6.用 PMMA@PFC-73 膜处理后伤口组织的 RNA 序列分析。
【Reference】
Wu L, Yang X, Jia H, et al. Freestanding Hydrogen-Bonded Organic Framework Membrane for Efficient Wound Healing. Adv Mater. Published online October 3, 2024. doi:10.1002/adma.202411229
