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从植物和动物中汲取灵感恢复组织

2019-04-25 10:31:30 • 来源：

来自哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)和Wyss生物启发工程研究所的研究人员开发出新的伤口敷料，可显着加速愈合并改善组织再生。在单独的论文中描述的两种不同类型的纳米纤维敷料在植物和动物中使用天然存在的蛋白质以促进愈合和再生组织。

从植物和动物中汲取灵感恢复组织

“我们的纤维制造系统是专为开发战争伤口治疗药物而开发的，”SEAS生物工程和应用物理学家塔克家庭教授，该研究的高级作者Kit Parker说。“作为阿富汗的一名士兵，我目睹了可怕的伤口，有时，这些伤口的愈合过程本身就是一种恐怖。这项研究是我团队中许多人为解决这些问题而花费了多年的努力。”

Parker还是Wyss Institute的核心教员。

发表在Biomaterials上的最新论文描述了一种受胎儿组织启发的伤口敷料。

在20世纪70年代后期，当科学家们在开发早期开始研究伤口愈合过程时，他们发现了一些意想不到的事情：在妊娠晚期之前发生的伤口没有留下任何伤疤。这为再生医学开辟了一系列可能性。但几十年来，研究人员一直在努力复制胎儿皮肤的独特特性。

与成人皮肤不同，胎儿皮肤具有高水平的称为纤连蛋白的蛋白质，其组装成细胞外基质并促进细胞结合和粘附。纤连蛋白具有两种结构：在血液中发现的球状结构和在组织中发现的纤维状结构。尽管纤维状纤维连接蛋白最有希望用于伤口愈合，但之前的研究主要集中在球状结构上，部分原因是制造纤维状纤维连接蛋白是一项重大的工程挑战。

但帕克和他的团队是纳米纤维工程领域的先驱。

研究人员使用由Parker's疾病生物物理学小组开发的名为Rotary Jet-Spinning(RJS)的纤维制造平台制造纤维状纤维连接蛋白。RJS的工作原理就像一台棉花糖机 - 液体聚合物溶液，在这种情况下溶解在溶剂中的球状纤维连接蛋白被加载到一个储液器中，并在设备旋转时通过离心力通过一个微小的开口推出。当溶液离开储器时，溶剂蒸发并且聚合物固化。离心力将球状蛋白质展开成细小的纤维。可收集这些直径小于1微米的纤维以形成大规模伤口敷料或绷带。

“敷料整合到伤口中，就像一个指导性的支架，招募不同的干细胞，这些细胞与再生相关，并在被吸收到体内之前协助愈合过程，”疾病生物物理学研究组的研究生Christophe Chantre说。该论文的第一作者。

在体内试验中，研究人员发现用纤连蛋白敷料治疗的伤口在20天内显示84%的组织修复，而用标准敷料治疗的伤口恢复率为55.6%。

研究人员还证明，用纤维连接蛋白敷料治疗的伤口接近正常的表皮厚度和真皮结构，甚至重新生长毛囊 - 通常被认为是伤口愈合领域的最大挑战之一。

“这是向前迈出的重要一步，”Chantre说。“到目前为止，大多数关于皮肤再生的工作涉及复杂的治疗，包括支架，细胞甚至生长因子。在这里，我们能够使用完全材料的方法证明组织修复和毛囊再生。这对于临床翻译具有明显的优势。”

在发表于Advanced Healthcare Materials的另一篇论文中，疾病生物物理学小组展示了一种大豆基纳米纤维，它也可以增强和促进伤口愈合。

大豆蛋白含有雌激素样分子 - 已被证明可加速伤口愈合 - 和生物活性分子类似于构建和支持人体细胞的分子。

“大豆和纤维连接蛋白纤维技术的成功归功于对生殖医学的敏锐观察，”帕克说。“在一个女性的周期中，当她的雌激素水平升高时，切口会愈合得更快。如果你对仍然在子宫内的婴儿进行手术，它们会有伤疤愈合。这两种新技术都植根于迷人的人类生物学的所有主题 - 我们如何复制。“

与纤连蛋白纤维类似，研究团队使用RJS将超薄大豆纤维纺成伤口敷料。在实验中，大豆和基于纤维素的敷料显示，与没有敷料的伤口相比，伤口愈合增加了72%，而在没有大豆蛋白的伤口上愈合增加了21%。

“这些研究结果显示了大豆基纳米纤维对伤口愈合的巨大希望，”疾病生物物理学研究组的研究生，该论文的第一作者Seungkuk Ahn说。“这些一步到位，具有成本效益的支架可能是下一代再生敷料，并推动了纳米纤维技术和伤口护理市场的发展。”

据研究人员称，两种敷料在伤口愈合空间都有优势。由醋酸纤维素和大豆蛋白水解物组成的大豆基纳米纤维价格低廉，使其成为大规模使用的理想选择，例如烧伤。该纤维连接蛋白敷料，在另一方面，可用于面部和手，其中预防疤痕是非常重要的小伤口。

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