基于微孔陣列Janus膜的自泵型生物復(fù)合敷料促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面修復(fù)的研究
發(fā)布時間：
2020-12-03
Janus是古希臘羅馬神話中的兩面神，具有朝向相對的兩張臉，寓意回憶過去和展望未來。1991年法國科學(xué)家De Gennes在諾貝爾演講中首次使用Janus來代表具有不同化學(xué)組成或性能的非對稱結(jié)構(gòu)。Janus材料由于形貌結(jié)構(gòu)或化學(xué)組成的各向異性，可將多種性質(zhì)或功能集于一體，主要包括Janus粒子、Janus薄片和Janus膜等，在藥物遞送尤其是中藥復(fù)雜成分共遞送方面具有重大潛在研究價值。
Janus是古希臘羅馬神話中的兩面神，具有朝向相對的兩張臉，寓意回憶過去和展望未來。
1991年法國科學(xué)家De Gennes在諾貝爾演講中首次使用Janus來代表具有不同化學(xué)組成或性能的非對稱結(jié)構(gòu)。Janus材料由于形貌結(jié)構(gòu)或化學(xué)組成的各向異性，可將多種性質(zhì)或功能集于一體，主要包括Janus粒子、Janus薄片和Janus膜等，在藥物遞送尤其是中藥復(fù)雜成分共遞送方面具有重大潛在研究價值。
糖尿病潰瘍發(fā)生率高、治愈率低、花費巨大，是醫(yī)藥領(lǐng)域亟待解決的重大問題，其形成原因主要是局部組織缺血、神經(jīng)病變和感染。創(chuàng)面水腫會壓迫表面的局部血管和淋巴系統(tǒng)，增加皮膚張力和局部微血管負(fù)荷，減少皮瓣供血，造成局部組織缺血，不利于創(chuàng)面愈合。
親水性敷料易與創(chuàng)面黏連，換藥時常引起創(chuàng)面撕裂；疏水性敷料雖然可以避免創(chuàng)面二次損傷，但不利于藥物遞送。
微孔列陣Janus膜，結(jié)合聚丙烯酸鈉吸水層（SAP）和硅酸鹽生物玻璃活性層（BG），構(gòu)建了一種自泵型復(fù)合敷料，可避免換藥時創(chuàng)面二次損傷，能通過緩解組織水腫和促進(jìn)血管生成，加速糖尿病創(chuàng)面愈合。
復(fù)合敷料的構(gòu)建
該課題組首先采用靜電紡絲技術(shù)制備疏水性聚氨酯膜（PU）和親水性脫乙酰基醋酸纖維素膜（dCA），隨后將PU膜經(jīng)打孔處理獲得微孔陣列ArrayPU膜，與dCA膜通過熱壓法制備微孔陣列Janus膜。如下圖所示，復(fù)合敷料由聚丙烯酸鈉超吸收層（SAP），微孔陣列Janus膜和硅酸鹽生物玻璃（BG）層構(gòu)成。其中，SAP層可吸收創(chuàng)面滲出液膨脹，促使BG層釋放活性離子。微孔陣列Janus膜既可以使創(chuàng)面滲出物由創(chuàng)面轉(zhuǎn)移至復(fù)合敷料，又可以使生物活性離子如硅離子和鈣離子，通過ArrayPU層的微孔結(jié)構(gòu)回流至創(chuàng)面，刺激血管生成，從而促進(jìn)創(chuàng)面愈合。
▲ 復(fù)合敷料的截面圖和作用機(jī)制
注：SAP是聚丙烯酸鈉超吸收顆粒，BG是硅酸鹽生物玻璃顆粒，dCA是脫乙酰基醋酸纖維素，ArrayPU是微孔陣列處理的聚氨酯。
微孔陣列Janus膜親水/疏水性的研究
Janus膜層是復(fù)合敷料自泵性能的關(guān)鍵。作者以普通Janus膜（PU/dCA）為對照，通過檢測膜兩側(cè)的水接觸角，研究微孔陣列Janus膜（ArrayPU/dCA）遞送水的性能。如下圖所示，對于dCA膜一側(cè)，兩種Janus膜之間無顯著差異，主要是因為dCA具有很強(qiáng)的親水性，可以使水自由轉(zhuǎn)運；而對于疏水性PU膜一側(cè)，ArrayPU/dCA膜的水接觸角顯著低于PU/dCA膜，表明Janus膜疏水膜的微孔陣列結(jié)構(gòu)有利于實現(xiàn)水性物質(zhì)的可控型雙向轉(zhuǎn)運。
▲ PU/dCA和ArrayPU/dCA靜電紡絲Janus膜兩側(cè)的水接觸角隨時間的變化
SAP層、BG層和復(fù)合敷料吸水性能的研究
作者采用平均粒徑為15.50 ?m的聚丙烯酸鈉超吸收顆粒（SAP），通過熱壓短纖漿法制備具有不同SAP含量的超吸收層，其水吸收量和吸收率分別如下圖A和B所示。研究發(fā)現(xiàn)20SAP（即SAP含量為2 g）時，超吸收層的吸水能力最強(qiáng)。而BG層的水吸收量和吸收率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20SAP超吸收層，表明BG層對復(fù)合敷料吸水性能無明顯貢獻(xiàn)。并且復(fù)合敷料的水吸收量和吸收率與SAP層無顯著差異，表明復(fù)合敷料的吸水性能主要由SAP層決定。
▲ 不同SAP含量的超吸收層置于去離子水中浸泡24 h的（A）水吸收量和（B）水吸收比率（*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001）
復(fù)合敷料雙向水轉(zhuǎn)運性能的檢測
作者設(shè)計了一種體外模型來直觀觀測復(fù)合敷料的水吸收和離子回流性能，模型底部采用含有酚酞的液體池模擬有大量滲出液的創(chuàng)面，頂部敷上復(fù)合敷料。如左圖所示，兩種復(fù)合敷料均可以從底部液體池吸收液體膨脹。但含有微孔陣列Janus膜的復(fù)合敷料（ArrayPU/dCA/SAP-BG）還能將生物玻璃層的堿性離子轉(zhuǎn)運至液體池，與酚酞反應(yīng)顯示粉紅色；而正常復(fù)合敷料（PU/dCA/SAP-BG）雖然由于生物玻璃粒子溶解，膜底部逐漸顯示粉紅色，但在實驗過程中始終無液體回流現(xiàn)象，進(jìn)一步表明微孔陣列Janus膜具有可控型雙向轉(zhuǎn)運功能。
作者還通過檢測不同孔徑和孔間距復(fù)合敷料水吸收率的變化，篩選出孔徑為0.35 mm，孔間距為3 mm時，其水吸收能力最強(qiáng)（如圖所示）。
復(fù)合敷料體內(nèi)修復(fù)糖尿病創(chuàng)面的研究
作者以3M Tegaderm敷料為對照，采用小鼠糖尿病創(chuàng)面模型來對比研究0BG復(fù)合敷料和20BG復(fù)合敷料體內(nèi)修復(fù)糖尿病創(chuàng)面的效果。研究發(fā)現(xiàn)20BG組小鼠創(chuàng)面愈合效果顯著優(yōu)于0BG和對照組。病理切片結(jié)果顯示20BG組小鼠新生上皮組織的寬度顯著低于0BG組，進(jìn)一步表明微孔陣列Janus膜可回流生物活性離子，促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)。血管再生可為創(chuàng)面修復(fù)提供營養(yǎng)物質(zhì)，是創(chuàng)面修復(fù)效果的重要指標(biāo)。直觀檢測和免疫組化實驗均表明20BG組小鼠新生血管數(shù)量明顯增多，表明基于微孔陣列Janus膜的復(fù)合敷料可通過促進(jìn)血管再生增強(qiáng)創(chuàng)面修復(fù)。
▲ 復(fù)合敷料體內(nèi)促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面愈合的效果
注：（A）給藥期間創(chuàng)面的照片；（B）給藥13天后創(chuàng)面H&E病理切片；（C）創(chuàng)面血管生成照片；（D）創(chuàng)面CD31免疫組化染色。
總結(jié)展望：
作者基于微孔陣列Janus膜構(gòu)建了自泵型復(fù)合敷料，以生物玻璃作為活性層，通過硅、鈣等離子回流，促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)。但創(chuàng)面尤其是慢性創(chuàng)面的形成機(jī)制非常復(fù)雜，單一治療效果非常有限。
中藥可以發(fā)揮治療作用的同時，調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能，實現(xiàn)內(nèi)外兼治，標(biāo)本共治；且其具有“藥輔合一”的特性，活性物質(zhì)常常是多糖和蛋白質(zhì)，是良好的膜材料。利用微孔陣列Janus膜的特性，構(gòu)建適合中藥活性成分遞送的自泵型復(fù)合敷料具有重大研究價值和臨床意義。
相關(guān)信息
北京信義惠達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司
版權(quán)所有 ? 北京信義惠達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司