徐福建:一种载有聚脱氧核糖核苷酸纳米载体的 NIR 响应性水凝胶,用于加速慢性伤口愈合

文摘   2024-11-15 19:42   北京  

传统伤口治疗药物存在抗生素药物耐药性、抗菌谱有限、无生长因子类成分的问题,同时传统敷料类透气性差、吸收性有限。慢性糖尿病伤口,由于炎症反应不平衡、高血糖水平和细菌感染,难以治疗。基于核酸类似物的基因调控疗法,将核酸治疗剂装入水凝胶可以实现核酸的精确时空递送。在改善血管生成、增加胶原蛋白合成和发挥抗炎作用方面具有独特的优势。本文以基因调控疗法为纲,解决了核酸固有的电负性使它们不易被细胞摄取、核酸在体内易降解的问题,提高了细胞内化摄取效率,实现药物控制释放,加速皮肤创面愈合。PDRN通过 “补救途径” 和A2A受体刺激促进血管生成、减缓炎症并引导组织再生。MoS2NSs,二硫化钼纳米片,在引发聚合、光热转换和增强抗菌方面发挥作用,在NIR区域表现出理想的光吸收和光热转换。“补救途径”主要是指PDRN可以被组织中的核酸酶降解产生对人体安全的寡核苷酸和单核苷酸,同时它还能为受损组织中的DNA合成提供原材料。

原理图


文章将季铵化壳聚糖QWCSGN-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、二硫化钼纳米片(MoS2NSs)和过硫酸钾(KPS)混合,通过自由基聚合制备NIR响应性水凝胶(NIR-gel)和对照水凝胶(A-gel),并将PCNPs原位包埋在水凝胶中。季铵化壳聚糖赋予水凝胶抗菌性能,抗菌当温度超过共聚物基体的临界溶液温度,触发水凝胶的体积收缩,实现NIR介导的PCNPs释放,纯核酸载体有效地将PDRN递送到伤口部位,促进细胞内化并加速愈合过程。

合成纳米复合水凝胶(PCNPs@NIR-gel和核酸载体PCNP


用多种方法对PCNPsMoS NSsQWCSG和水凝胶进行表征,包括粒径、微观形貌、化学结构、储能模量、损耗模量等。用YOYO-1PDRNPCNPs染色,与NIH 3T3细胞共孵育,通过流式细胞术和共聚焦显微镜观察细胞摄取情况。水凝胶溶胀率测定:将冻干水凝胶置于PBS 中,在 37℃下定期测量水凝胶质量,计算溶胀率。

纳米成分和水凝胶的物理化学表征


在近红外激光照射下温度升高,具有良好的光稳定性。通过体积收缩实现纳米载体的控释,在近红外条件下释放加速。红外激发器照射水凝胶,记录温度变化和热图。PDRN释放曲线测定:将水凝胶置于PBS缓冲液中,用NIR激光或可见光照射,定时收集PBS溶液,用PicoGreen试剂盒测定PDRN释放量。NIR-gelNIR照射下具有良好的光热转换能力,可实现 PCNPs的控释,且具有良好的光稳定性和可逆性。

用红外激发器照射水凝胶,记录温度变化和热图。PDRN释放曲线测定:将水凝胶置于PBS缓冲液中,用NIR激光或可见光照射,定时收集PBS溶液,用PicoGreen试剂盒测定PDRN释放量。细胞毒性测定:将水凝胶浸提液与L929细胞和NIH 3T3细胞共培养,采用MTT法测定细胞活力。溶血活性测定:将水凝胶与小鼠红细胞悬液共孵育,测定上清液吸光度,计算溶血率,并观察红细胞形态。体外抗菌活性测定:将细菌悬液滴在水凝胶表面,部分组用NIR激光照射,培养后计数菌落数,并用 SEM 观察细菌形态。

水凝胶的生物相容性和抗菌评价


Western blot分析,检测细胞中VEGFα--SMATGF-βMPO等蛋白的表达。细胞增殖和迁移实验,采用CCK-8法、活死细胞染色法、EdU染色法和划痕实验检测水凝胶对NIH 3T3细胞增殖和迁移的影响。免疫调节实验,用LPS IFN-γ诱导小鼠单核巨噬细胞白血病(Raw 264.7)极化,与PDRNPCNPs和水凝胶共孵育,通过免疫荧光染色和流式细胞术检测巨噬细胞极化情况,促进巨噬细胞从M1型向M2型转化,减少炎症。

伤口愈合评估,建立糖尿病小鼠全层皮肤缺损模型,将小鼠分为5组,分别用不同材料处理伤口,定期拍照记录伤口愈合情况,测量体重和血糖水平,并在第4天和第14天收集再生皮肤样本进行组织学分析和免疫测定。PCNPs@NIR-gel可显著促进糖尿病小鼠伤口愈合,减少炎症反应,促进血管生成和胶原蛋白沉积,其效果优于其他治疗组。

纳米复合水凝胶对糖尿病伤口的影响


Masson染色评估胶原蛋白在真皮中的沉积,与Blank相比2CD31α-SMA3个治疗组中均升高。PCNPs@NIR-gelL+)高水平表达上述两种蛋白,表明血管壁的完整性,这得益于PCNPs降解释放的PDRN的多重修复作用(促进血管生成、加速成纤维细胞生长等)。以上组织分析结果表明,PCNPs@NIR-gel L+)通过促进表皮再生、增加胶原蛋白沉积、加速血管生成、发挥抗炎作用的综合优势,促进慢性糖尿病创面愈合。

提取伤口组织RNA,进行文库制备和测序,分析基因表达差异和相关信号通路。通过体内基因转录分析,PDRN可调节伤口组织中与细胞增殖、血管生成、胶原蛋白合成和炎症相关基因的表达,其机制可能与PI3K-Akt cAMP信号通路有关。



点 评:

1.制备了一种负载核酸载体(PDRN)的近红外(NIR)响应纳米复合水凝胶,复合水凝胶协同增强抗菌,通过补救途径受体刺激来激发通路释放细胞因子,用于促进伤口愈合。

2.从体内到体外实验、多层面机制讨论(包括WB、免疫组化、生信分析等),涵盖的功能广泛。

3.为探究多功能生物材料的设计、药物递送系统的优化提供研究思路。


声明:

1. 本文版权归原作者所有,公众号和媒体转载与我们联系!

2. 因学识有限,难免有所疏漏和谬误,恳请批评指正!

3. 本文主要参考以下文献,仅用于对相关科学研究的介绍、评论或课堂教学,不得作为商业用途。如有任何版权问题,请随时与我们联系!

SUN Y, LI Y, DING X, et al. An NIR-responsive hydrogel loaded with polydeoxyribonucleotide nano-vectors for enhanced chronic wound Healing[J]. Biomaterials, 2025, 314: 122789.

功能核酸
“功能核酸”致力于收集、筛选、整理、传承、发布、传送与功能核酸相关的最前沿消息,探索其裁剪、折叠、组装背后的人生物语!
 最新文章