近期，四川大学华西口腔医学院满毅教授团队（论文共同第一作者为王陈兵博士、朱宸佑博士、赵夕文）在科爱出版创办的期刊Bioactive Materials上发表研究文章：生物材料的地形特征，如形状和直径，在伤口愈合过程中对影响细胞活动和操纵相关免疫反应起着重要作用。我们制备了不同纤维直径的取向电纺膜，发现A300组取向膜材料在软组织缺损修复模型中表现出更显著地加速伤口愈合优势，并通过转录组数据初步揭示了纤维直径介导软组织缺损修复的潜在机制。

01研究内容简介

皮肤是一种与周围环境接触的浅表器官，是抵御外部危害的第一道重要屏障。无法使受伤皮肤重新上皮化可能导致脱水、炎症，甚至死亡。因此，迅速闭合伤口以恢复皮肤屏障是非常重要的，这对机体的生存至关重要。遗憾的是，目前管理伤口的策略并不令人满意，因为它们依赖于缓慢和被动的愈合过程。因此，需要探索更有潜力的移植物，以实现理想的上皮化再生。

相比其他移植材料，静电纺丝能很好地模拟细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）的形态和功能、方便气体交换、阻挡细菌渗透和调控宿主免疫反应，是软组织伤口移植物的理想选择之一。其中，取向电纺膜在软组织工程领域有着良好的应用前景。本课题组前期的研究也发现，鱼胶原（Fish collagen，FC）/聚乳酸羟基乙酸（Polylactic acid glycolic acid，PLGA）取向电纺膜在软组织缺损修复方面具有积极调节免疫反应、加速伤口愈合等优势。

因为地形结构会先于可溶性因子对细胞命运产生影响，所以许多研究试图通过调整膜材料的微观结构来改善取向膜的机械性能和生物学性能。已有很多研究做出了尝试，发现调节膜材料纤维直径：可以改善膜的机械性能；促进成纤维细胞增殖，高表达胶原蛋白；可以诱导和增强干细胞分化；还会影响巨噬细胞的免疫反应。

虽然这些研究证实了膜材料的纤维直径对细胞行为的积极影响，但是究竟膜材料的哪个直径区间最适合软组织再生，还有待进一步研究。关于不同纤维直径调控软组织修复的报道比较少见。膜材料的纤维直径介导软组织缺损修复的潜在机制也尚未探索清楚。在取向电纺膜良好的软组织应用基础上，本研究继续探讨了不同纤维直径（包括319±100 nm/A300、588±132 nm/A600和1048±130 nm/A1000）的FC/PLGA取向电纺膜对软组织缺损的反应。另外，为了探索清楚纤维直径介导软组织缺损修复的潜在机制，本研究还评估了植入不同纤维直径取向电纺膜的大鼠皮肤伤口的转录组数据，期望可以找到在其中发挥关键作用的细胞和因子。

一、A300提高了取向膜的机械稳定性、亲水性和降解性

通过调控电纺仪器操作参数，制备不同纤维直径的FC/PLGA取向电纺膜，并表征其性能。结果成功制备出了约300-1500 nm区间的的取向电纺膜。基于文献进展以及本研究的实验目的，筛选出了319±100 nm（A300）、588±132 nm（A600）和1048±130 nm（A1000）三组FC/PLGA取向电纺膜作为后续实验的研究对象。取向电纺膜组分接近，尺寸结构稳定，并具有较好的抗张强度和降解速率。A300组的亲水性与A600组相接近，但是明显强于A1000组。另外，A300组的力学性能和降解性均优于后两组；提示A300组可能会在后续的软组织缺损修复中有更出色的表现（图1 ）。

图1 总结了不同纤维直径取向电纺膜的部分性能

二、A300加速成纤维细胞增殖，促进表皮角质形成细胞伸展

通过成纤维细胞（L929）和口腔表皮角质形成细胞（HOK）接种在膜材料上，评价不同纤维直径FC/PLGA取向电纺膜的生物安全性及其对细胞形态的影响。结果表明：成纤维细胞和表皮角质形成细胞在不同纤维直径取向电纺膜上均具有良好的增殖活性，且成纤维细胞在A300组上的细胞活性更佳。A300组取向膜还可以促进表皮角质形成细胞的形态伸展（图2 ）。

图2 总结了不同纤维直径取向电纺膜的细胞活性

三、A300能显著促进皮肤伤口愈合

通过制备6 mm直径的大鼠背部皮肤缺损模型并检测愈合相关指标，评价不同纤维直径FC/PLGA取向电纺膜的软组织缺损修复能力。结果发现A300组取向膜的血管化能力、上皮化能力和胶原堆积能力均强于其它组。另外，A300组能与宿主免疫防御系统更兼容；A300组产生更多的功能附件-毛囊（HF）。简言之，A300组更能促进软组织愈合，其设计理念为软组织移植物的构建提供了新方向（图3 ）。

图3 总结了不同纤维直径取向电纺膜的皮肤缺损修复效果

四、A300通过调控巨噬细胞活动，高表达MMP12，促进皮肤伤口愈合

通过7天大鼠样本的转录组（Bulk-RNA sequencing）数据，进行不同纤维直径取向电纺膜的软组织缺损修复机制的探索。初步推测A300组更容易调控免疫过程向着促进修复的方向进展。免疫过程中起着重要作用的是修复型巨噬细胞，并可以分泌促进表皮细胞迁移的因子-MMP12。进一步通过一系列体内外实验，证实了这个推测（图4 ）。

图4 总结了膜材料纤维直径介导皮肤伤口愈合的机制探索

最后作者指出伤口愈合需要免疫过程的积极参与，A300膜材料是一种更优化的设计，其设计理念为软组织移植物的构建提供了新方向。A300取向膜是引导皮肤再生应用的潜在候选之一，尤其适用于上皮化过程。然而，更多的纤维直径组别和再生免疫过程有待进一步研究。

02论文第一/通讯作者简介

第一作者：王陈兵

四川大学华西口腔医学院国家重点实验室、四川大学华西口腔医学院2019级博士研究生。从事软组织修复材料与研发工作。

通讯作者：满毅

教授，四川大学华西口腔医院种植科主任，种植教研室主任，博士研究生导师。中华口腔医学会种植专委会副主任委员、国际骨再生基金Osteology Foundation中国区执行委员会（NOG China）会长，国际种植学会（International Team for Implantology）中国分会候任主席，口腔数字化产业分会副会长，四川省口腔种植专委会主任委员， 2020年第四届人民日报“国之名医-青年新锐”，2007年四川大学华西口腔医学院获博士学位，导师宫苹教授。2010-2012在美国Tufts大学牙学院被聘为临床讲师，2011-2012美国哈佛大学访问学者。改良多种种植外科和修复技术已发表在国际种植学、外科学和修复学杂志，多次受邀在国际会议上发表演讲，发表临床论文和科研论文50余篇，主持多项国际、国家、省部级课题。

03资助信息

该研究得到了四川省科技计划重点研发项目（2021YFS030）、四川大学华西口腔医院跨学科创新项目（RD-03-202006）和四川大学华西口腔医院研发项目（编号LCYJ2019-19）的支持。感谢Novogene公司的Bulk RNA测序工作。

04原文信息

Chenbing Wang; Chenyu Chu; Xiwen Zhao; Yang Yang; Chen Hu; Li Liu, Jidong Li, Yili Qu, Yi Man*. 

The diameter factor of aligned membranes facilitates wound healing by promoting epithelialization in an immune way. 

Bioactive Materials, 11 (2022) 206-217.