大家好，今天给大家分享一篇发表在《Bioactive Materials》上的文章“A cuttlefish ink nanoparticle-reinforced biopolymer hydrogel with robust adhesive and immunomodulatory features for treating oral ulcers in diabetes”，文章的通讯作者是温州医科大学附属口腔医院的刘劲松教授。
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1．简介
口腔溃疡可以使用多种递送药物或细胞因子的生物材料进行治疗。然而，由于依从性差、口腔滞留时间短和药物疗效不足，许多患者从某些药物治疗中获得的益处微乎其微。此外，口腔黏膜缺乏天然保护屏障，使这些伤口容易发生细菌感染，从而降低溃疡愈合速度。因此，开发具有改进粘合质量的生物材料对于加速口腔溃疡的愈合过程至关重要。
在本研究中，重点是加强口腔溃疡的治疗，制造具有粘附性能的水凝胶贴片被认为是解决口腔溃疡的有效策略。透明质酸（HA-NB）和甲基丙烯酸明胶（GelMA）是水凝胶的基本成分，反映了口腔黏膜中发现的细胞外基质（ECM）结构，主要由蛋白质和多糖组成。这种ECM模拟粘合水凝胶可能作为加速口腔粘膜损伤修复的理想物质。
【水凝胶的合成过程以及促进伤口恢复的机制】
作者创造了一种类似细胞外基质（ECM）的水凝胶敷料，命名为SCE2，它将生物聚合物基质[甲基丙烯酸酯丝素蛋白（SFMA）和硝基苄基修饰的硫酸软骨素（CHS-NB）组成，具有光响应胶凝和粘附特性]与墨鱼墨水纳米颗粒（以其治疗功效而闻名）结合在一起，暴露于365 nm光下会通过SFMA双键的自由基聚合在伤口上触发保护性水凝胶涂层的形成（图1A）。SCE2独特的三维网络由来自天然来源的元素组成，可能起到支持性储存库的作用，为细胞提供营养和机械帮助。这种环境在组织重建过程中促进细胞附着、运动、生长和最终的血管生成（图2B）。![]()
图1. SCE2水凝胶的制造和使用，用于加速细菌感染的糖尿病大鼠口腔溃疡的愈合。A)SCE2水凝胶的合成过程。B) SCE2水凝胶促进伤口恢复的机制。
【SCE2水凝胶的表征】
如图2A所示，在SFMA的1H NMR数据中观察到在5.60 ppm和6.04 ppm时，与碳-碳双键相连的不同信号的出现表明SFMA合成成功。7.24 ppm和7.76 ppm的指定峰对应于NB苯环，证实了NB基团在CHS上的有效接枝（图2B）。TGA测试表明制备的样品经历了三个不同的分解阶段，这些结果表明SCE水凝胶具有优异的热稳定性（图2C）。SCE0和SCE2水凝胶的多孔网状结构为渗出物的吸收和细胞的生长提供了最佳的环境（图2D,E）。SCE0和SCE2水凝胶的溶胀轨迹显示出类似的吸水趋势，在200 min以上持续上升并最终趋于稳定（图2F）。在达到平衡时，SCE0的吸水比（26.92）高于SCE2（21.86），表明加入CFI后，水凝胶的交联性能得到改善。在保水率评估中，SCE2的保水率略优于SCE0（图2G）。SCE2水凝胶的性能优于SCE0水凝胶，清除率分别为40.6%和13.5%（图2H）。使用ABTS进一步评估了水凝胶的抗氧化能力，其结果与O2•−试验的结果一致（图2I）。此外，SCE水凝胶与DPPH孵育30分钟。与预期的一样，CFI增强的SCE2水凝胶比SCE0具有更强的清除能力（图2J）。![]()
图2. 分析SCE2水凝胶的理化特性。A,B) SFMA (A)和CHS-NB (B)的1H NMR谱图。C) CFI和SCE水凝胶的TGA谱图。D,E) SCE0 (D)和SCE2 (E)不同放大倍数的SEM图像。F,G) SCE水凝胶的溶胀(F)和溶胀(G)表现。H - J)检测SCE2水凝胶对O2•−(H)、ABTS (I)和DPPH (J)的自由基清除能力。
【SCE2水凝胶的细胞内抗氧化和生物相容性】
如图3A,B所示，SCE0和SCE2组的细胞活力均高于80%，表明开发的SCE水凝胶的毒性最小。BS和SCE组保持无色，溶血率低于5%，显示出良好的血液相容性（图3C）。SCE水凝胶组的绿色荧光强度几乎与对照组相当，在这些SCE水凝胶组中检测到的死细胞非常少（图4D,E）。RAW 264.7、RS1和HGF细胞暴露于 H2O2该组表现出更高的荧光，表明ROS水平升高（图4F,G）。SCE2水凝胶组中的细胞显示出明显的荧光降低，表明ROS水平较低。这些发现与流式细胞术结果一致（图4H,I）。在SCE水凝胶处理的组中，细胞存活率显着提高（图4J,K）。对照组细胞随时间推移表现出正常的迁移和增殖，24小时后迁移距离显著缩短（图4L）。用SCE2水凝胶处理的细胞显示出紧密的聚集并设法建立了管状网络，这意味着SCE2水凝胶有可能减轻ROS的有害影响并维持HUVEC的血管生成能力（图4M）。![]()
图3. 用SCE2水凝胶进行体外细胞和溶血测定。A,B) PBS和SCE组暴露时间分别为1、3和5天后，RAW 264.7巨噬细胞(A)和RS1细胞(B)的生存能力。C)在37℃下的红细胞暴露2小时后的溶血评估和SCE水凝胶的图像。D,E)不同处理3天后，RAW 264.7 (D)和RS1细胞(E)中AM/PI染色的荧光成像。F)SCE水凝胶对RAW 264.7细胞内的ROS清除作用。G)SCE水凝胶对RS1细胞内的ROS清除作用。H,I)用流式细胞术分析RAW 264.7 (H)和RS1细胞(I)中的ROS。J,K)RAW264.7(J)和RS1 (K)细胞在SCE和过氧化氢溶液中孵育后的存活率。L)RS1细胞在0、12和24小时间隔时的迁移。M)通过HUVECs形成血管的荧光图像。
【SCE2水凝胶对MRSA感染的糖尿病口腔溃疡伤口的体内愈合】
如图4A所示，在确认SCE2水凝胶修复背部皮肤伤口的能力后，开发了口腔溃疡模型以进一步评估其愈合效果。水凝胶治疗开始两天后，注意到假膜的厚度和溃疡面积的大小都减少了。到第五天，SCE2 + NIR组中的口腔溃疡几乎愈合（图4B）。SCE2组表现出此类细胞的浸润减少以及成纤维细胞增殖的适度增强（图4C）。SCE2 + NIR组表现出最突出的胶原沉积，其特征是致密，有序的纤维（图4D）。与其他组相比， SCE2 + NIR组新血管的增长明显更高（图4E）。
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图4. SCE2水凝胶对1型糖尿病大鼠口腔溃疡伤口的疗效评价。A)口腔溃疡的创建和治疗方法。B)数字图像显示PBS、DEXS、SCE2和SCE2 + NIR持续1-5天。C-E)口腔溃疡创面染色切片： H&E (C)、Masson三色(D)和标记物TNF-α、MPO、CD31、VEGF、CD86和CD206 (E)。
3. 总结与展望
综合来说，作者提出了使用SCE2水凝胶开发一种附着在口腔黏膜上的免疫调节贴片的方法。该贴片由甲基丙烯酸酯丝纤维素、硝基苄基改性硫酸软骨素和墨鱼墨水衍生的纳米颗粒组成，旨在提高湿条件下的粘附时间和愈合效率。正如预期的那样，暴露在紫外线下会导致粘膜损伤上形成粘性水凝胶层。随后，SCE2有序释放生物活性物质，具有抗菌、抗炎和抗氧化功效，显著提高了口腔黏膜缺损的治疗效果。此外，SCE2贴片完全可被人体吸收，在达到预期目的后表现出的毒性可以忽略不计。使用链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型，验证了SCE2水凝胶促进背侧皮肤损伤和口腔溃疡修复的能力。【文章链接】
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.04.022
【DOI号】
10.1016/j.bioactmat.2024.04.022
IF = 18.9
出版时间:2024年4月
