多功能DNA水凝胶的设计及其在组织修复与再生中的应用

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现有的临床敷料功能单一,其缺乏具有持续吸收组织液,可定制形状,以及引导组织再生和恢复生理功能状态等特性,导致治疗慢性伤口仍然是再生医学的重大挑战。慢性伤口可导致皮肤结构完全受损,并伴有一系列症状,如持续炎症、活性氧(ROS)过度生产、疼痛、易感染、血管和周围神经病变等。本文基于慢性伤口微环境的复杂性,构建了四种不同类型的多功能DNA水凝胶敷料,并探究了其在糖尿病溃疡性伤口和三级烧伤伤口的应用。主要研究内容如下:(1)设计了海胶棉结构的多功能DNA水凝胶用于糖尿病感染性伤口。我们通过DNA单元和聚乙烯亚胺(PEI)动态交联,掺杂加热功能黑磷量子点,并负载原花青素(OPC B2)制备了海胶棉结构的OPC B2/PBCD水凝胶。敷料具有良好的抗氧化性,并能激活神经元转化为修复状态,加速皮肤神经和血管生成。此外,它能够募集骨髓细胞来激活适应性免疫反应促进毛囊和毛发再生。该敷料为临床引导组织再生提供了有效的方法。(2)构建了类似创可贴结构的多功能DNA水凝胶以增强干细胞的干性,激活免疫途径指导烧伤创面再生。我们通过DNA单元、聚丙烯酰胺和L-抗坏血酸2-磷酸酯(L-A2P)的动态交联并负载脂肪间充质干细胞(Adipose mesenchymal stem cells)和冰片(borneol)制备了 M-pH-L-DNA水凝胶-A/b。该敷料能够缓解疼痛和瘙痒,促进巨噬细胞转化、血管生成和神经发生。此外,该敷料激活磷脂酰肌醇3’-激酶(PI3K)-Akt信号通路,有助于促进组织再生。该研究开启了烧伤创面治疗的级联模式,进一步推动了临床转化机制的深入研究。(3)潜在的免疫排斥和可变细胞活力限制了干细胞的应用。基于此,我们设计了募集内源性干细胞增强旁分泌效应指导细胞分化的E7-P-b-DNA水凝胶/HGF用于糖尿病溃疡性伤口。我们利用DNA链段的可修饰性通过迈克尔加成反应将多肽E7修饰到DNA的5’端(E7-DNA链段)。然后,与紫甘薯(PSPA)、冰片、和DNA链段进行动态交联并负载肝细胞生长因子(HGF)形成E7-P-b-DNA水凝胶/HGF。该敷料能够募集内源性干细胞并激活旁分泌效应,诱导干细胞分化,促进糖尿病溃疡性伤口再生。该研究进一步推动了内源性干细胞生存、分化和修复慢性伤口机制的深入研究。(4)考虑到生物屏障的产生导致活性物质无法穿透损伤组织。受蟹爪、鲨鱼倒钩槽结构和中国传统剪纸技术的启发,我们利用DNA链段的可设计性制备了结构优化、大变形的DNA水凝胶微针并负载多能毛囊干细胞外泌体(P-DNA gel MNs/H-EVs-hypoxia)。该敷料具有夹持性、稳定性、皮肤渗透性、大变形性和巨噬细胞趋化性。此外,该敷料能够激活免疫调节和有益的途径,促进神经发生和血管生成,减少病理性疼痛,实现高质量的愈合。因此,P-DNA凝胶MNs系统为临床转化提供了基础研究机制。
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