可控释放一氧化氮的金属有机框架/静电纺丝纤维复合材料的构建及其促糖尿病创面愈合的研究

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糖尿病足溃疡是一种典型的慢性创面疾病同时也是糖尿病的主要并发症之一,随着近年来糖尿病的发病率持续升高,与之相关的医疗护理成本也不断攀升,该疾病给患者带来的生理心理上的痛苦以及对社会资源的消耗使其已成为全球公共卫生所面对的重大挑战。一氧化氮(NO)作为一种气体分子近些年来被证明是人体的一种重要的信使分子,在心血管系统、神经系统以及免疫系统等中都起到了至关重要的作用。此外在伤口愈合过程中外源性NO的引入也可起到促进伤口处的血管新生以及胶原沉积等作用。然而尽管使用NO作为气体药物用于糖尿病创面治疗已取得了一些较为显著的成效,然而作为一种治疗效果与其浓度直接相关的气体药物,NO在治疗过程中释放行为的控制一直是一个重大的挑战。金属有机框架(MOFs)作为一种以金属离子为中心,有机配体为骨架的新型多孔纳米颗粒,由于其极高的比表面积而被广泛的应用于气体储存中,此外在生物医用方面其高的药物负载能力以及生物安全性也逐渐吸引到人们的注意。在本文中,我们使用了一种名为HKUST-1的铜基MOF作为NO的载体,并通过后修饰法在HKUST-1内部修饰了仲氨基团,从而达到可稳定定量负载NO的目的。NO缓释体系的构建则是通过静电纺丝技术得以实现,静电纺丝纳米纤维所制备的组织工程支架具有与天然细胞外基质相类似的微纳米结构,且其比表面积和孔隙率极高,在作为创面敷料时可为细胞提供适宜的生长环境从而促进伤口处细胞的增殖分化,还可起到填充伤口缺损的作用从而促进伤口组织的再生。此外,还可通过将药物包裹于纳米纤维内部的方式将其构建成为药物缓释体系,从而使药物可随着纤维在体内的降解而缓慢释放出来,而纤维的降解速率则可通过纤维的基底材料以及改变微观结构等方式进行调控,因此是一种性能优异的新兴药物供给体系。此外我们还将本工作中所构建的NO缓释体系应用于糖尿病小鼠伤口的治疗,并进一步研究了复合纤维支架对体外细胞行为以及伤口愈合过程中血管新生、胶原沉积以及炎症反应的影响。结果表明,NO可被定量且稳定的负载于经仲氨基修饰后的HKUST-1纳米颗粒内,其负载量可通过负载过程中的参数如负载压力以及负载时间等调控,NO在HKUST-1内部结合稳定,在干燥环境下可长期储存。NO@HKUST-1纳米颗粒可被均匀的包裹于同轴纳米纤维支架内部,从而使得NO可随着纤维支架的降解而被缓慢释放出来。相较于HKUST-1直接释放时产生的突释现象,该复合纤维支架中NO的释放速率得到了明显的控制,可在长达14天内以1.7 nmol L-1h-1的平均速率持续缓慢的释放出NO,此外随着纤维中HKUST-1的分解还可在14天内持续地释放出铜离子。而在创面治疗效果方面,从纤维支架中释放出的铜离子可与NO产生协同作用从而在在细胞因子层面上调控各种与伤口愈合相关的蛋白及基因的表达水平,进而在细胞层面上调控内皮细胞的各种行为,增强了细胞的粘附、增殖、迁移以及成管能力,最终在宏观层面上起到促进伤口处血管的新生、胶原的沉积以及炎症的消退的作用,极大的缩短了伤口的愈合周期。这些结果表明这样一种基于MOF以及静电纺丝的复合纤维支架作为NO的缓释体系用于糖尿病创面的治疗是一种非常有效的治疗手段且具有较为重要的研究意义。
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