我院再生医学工程中心与苏州大学的科研团队携手，在Biotechnology and Bioengineering期刊上发表了创新研究成果。该研究设计了一种新型阵列静电纺丝收集器，用于生成不同类型的再生丝素蛋白纤维膜，为医疗领域提供了优化的伤口愈合材料和制备方法。
伤口的愈合过程非常复杂，需要经历止血期、炎症期、增殖期和塑形期多个阶段。成纤维细胞对于伤口的愈合至关重要，这类细胞能够合成和分泌胶原蛋白等细胞外基质分子，维持皮肤组织结构和功能。
伤口的愈合过程可能在炎症或增殖期出现停滞，使正常伤口转变为慢性伤口，从而给患者带来不适。在这一时期，成纤维细胞被巨噬细胞等免疫细胞产生的因子和细胞外基质中的拓扑线索共同引导到伤口部位，为伤口愈合做准备。因此，成纤维细胞向伤口处迁移是确保伤口顺利愈合的重要因素，尤其是在炎症阶段向增殖阶段过渡的时期。
成纤维细胞的生理行为受到生化信号和拓扑线索的动态调节，可以支持伤口愈合。这些生化信号和拓扑线索通过细胞外基质的复杂纤维网络环境进行传递。
微纳纤维膜是一种由纳米或微米级纤维组成的薄膜，由于其与细胞外基质高度相似，微纳纤维膜成为备受关注的伤口愈合材料。在体外伤口愈合模型中，负责组织修复的细胞由于细胞密度等因素往往表现出随机运动。微纳纤维膜通过向细胞提供拓扑线索可以改变细胞的形状和运动方向，从而引导细胞有效地迁移到伤口处，促进伤口愈合。微纳纤维膜可由不同的材料构成，以满足不同的功能需求。
丝素纤维是天然蚕丝的重要组成部分，具有良好的生物相容性、优异的机械性能和可控的生物降解性，因而在生物医疗领域得到了日益广泛的应用。具有有序特征的丝素纤维支架在加速细胞向伤口迁移、促进新血管生成、组织渗透和新皮层形成方面表现出色。
在本研究中，科研人员以丝素纤维作为微纳纤维膜的材料，并且设计了一种新型阵列静电纺丝收集器，用于生成不同的再生丝素微纳纤维膜。收集器利用静电力可精确控制丝素蛋白纤维的取向，使纤维交替进行有序和随机排列，这种方法在传统的有序纤维膜的基础上改进了膜的机械性能，制备出了具有优异稳定性的大面积膜。
图1：新型阵列静电纺丝收集器制备的丝素蛋白纤维膜实物图和示意图
研究同时探讨了这种膜在提高伤口愈合效率方面的潜力。纤维膜提供的纳米纤维既可以直接引导真皮成纤维细胞的定向迁移，同时可影响脂肪来源的间充质干细胞和真皮成纤维细胞的旁分泌效应，从而提高真皮成纤维细胞迁移整体的趋化性。
图2：本研究中的丝素蛋白纤维膜对伤口愈合效率的影响
a展示了阵列静电纺丝收集系统用于高效膜收集。该系统在单次静电纺丝过程中可以同时收集随机和有序排列的纤维膜。纤维有序悬挂在倾斜的电极间，同时随机沉积在电极上。所使用的静电纺丝溶液提取自天然的家蚕丝。
b为在丝素蛋白材料表面上生长的细胞的形态。
c展示了通过分泌产物和拓扑线索评估成纤维细胞迁移促进效果。
实验表明，这些纤维提供了增强的粘附位点和方向性线索，加速了细胞迁移速度并改善了方向性。
这项研究揭示了通过调整微环境来定制分泌产物以及材料的拓扑线索在引导成纤维细胞定向迁移方面的潜力，为伤口愈合材料的优化提供了新的途径。
