皮肤损伤如不及时进行医疗干预,可导致慢性皮肤溃疡,危及患者生命。伤口愈合过程需要多种细胞的协同作用来促进肉芽组织的形成和再生上皮化。
表征
水凝胶本身是三维多孔结构,具有极高的溶胀率及吸水性;生长因子加载在金属框架后复合水凝胶使材料具有良好的生物相容性,其中,金属离子对胶原酶活性具有抑制作用且水凝胶通过离子交联增强了网络,使得复合材料的降解和药物释放速度减缓。
加载在金属框架后复合水凝胶使其在90%的应变下并没有像纯水凝胶一样损坏,甚至可以恢复到它的初始状态,结果表明,可能是由于离子交联效应增强了复合水凝胶的结构,金属框架的加入显著提高了水凝胶的力学性能。
抗菌活性
当金属框架的浓度达到400µg/mL时,其对金黄色葡萄球菌的抗菌性能显著提高,同时我们注意到,当浓度为200µg/mL时,培养48 h抗菌活性低于培养24 h组。这一结果可能归因于金黄色葡萄球菌对离子胁迫的适应,也可能是通过调节细胞壁应激反应。随着复合水凝胶中金属框架含量的增加,抗菌性能显著增强。复合水凝胶组与纯水凝胶组相比,对这两种细菌的生长抑制效果更好,抑菌区直径差异显著,表现出良好的抑菌能力。
内外实验
不同提取物培养的细胞活力无明显差异,说明这些样品具有良好的生物相容性。
CCK-8法分析了提取培养基中细胞的增殖情况,特别是在第3、5天,复合水凝胶与空白组有显著差异,这可能是金属离子和生长因子协同作用的结果。但在第7天没有观察到明显的差异,这可能是由于细胞增殖的面积有限。
从荧光显微图中可以清楚地看到,培养48小时后,细胞可以很好地在纯水凝胶和水凝胶复合材料上扩散,这表明细胞与材料之间的相互作用良好。
与对照组相比,水凝胶复合材料提取培养基可显著提高HUVEC和NIH/3T3细胞的迁移率,迁移率显著提高。
通过小管形成实验来评估HUVEC细胞在不同提取介质中培养的促血管生成潜力。与对照组相比,复合水凝胶组的总节段长度显著增加,在体外促进内皮细胞小管的形成。
虽然在每段时间内所有的伤口都在收缩,但复合水凝胶组的伤口闭合百分比明显小于其他组,在整个愈合过程的各个时期,发现创面尺寸显著减小,说明金属框架和bFGF因子的协同作用加速了创面愈合过程。
空白组和纯水凝胶组的创面形成了上皮和真皮的基本结构,但组织仍处于愈合过程中,没有发现毛囊。复合水凝胶组显示更规则的上皮细胞,新生血管和轻微的炎症反应。特别是加载了生长因子的复合水凝胶组的H&E染色更接近正常组织,表明其创面愈合性能良好。
马松三色染色显示,加载了生长因子的复合水凝胶组组形成了更多的胶原沉积,说明其促进细胞增殖的效率。
为了进一步评估伤口愈合过程,在第7天和第14天进行Weigert弹性染色。与其他组相比,加载了生长因子的复合水凝胶组的weigert阳性纤维更多、更厚,说明该敷料有利于弹性纤维的形成。
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