新型纳米纤维敷料显着加速愈合,组织再生

创伤后14天的组织切片显示毛囊在伤口中心再生。再生的毛囊是伤口愈合领域中最大的挑战之一。图片由疾病生物物理学集团/哈佛大学提供

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了新的伤口敷料,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使用天然存在于植物和动物中的蛋白质来促进愈合和再生组织。

SEAS生物工程和应用物理系Tarr家庭教授,该研究的资深作者Kit Parker说:“我们的纤维制造系统专门用于开发战争伤口的治疗剂。 “作为阿富汗的一名士兵,我目睹了可怕的伤口,有时候,伤口的治疗过程本身就是一种恐怖。这项研究是我们团队中许多人为解决这些问题所做的长达数年的努力。“

派克也是Wyss研究所的核心教员。

最近发表在Biomaterials上的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,当科学家们在研究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情况:在妊娠末三个月之前发生的创伤没有留下疤痕。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这些独特性质。

与成人皮肤不同,胎儿皮肤含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,和在组织中发现的纤维状。尽管纤维连接蛋白对伤口愈合具有最大的希望,但以前的研究集中在球状结构上,部分原因是制造纤维连接蛋白是一项重大的工程挑战。

但派克和他的团队是纳米纤维工程领域的先驱。

研究人员使用由派克疾病生物物理学团队开发的称为旋转喷射纺纱(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 - 一种液体聚合物溶液,在这种情况下,溶解在溶剂中的球状纤维连接蛋白被装载到一个储存器中,随着设备旋转,通过离心力通过一个微小开口推出。当溶液离开储存器时,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。这些纤维(直径小于1微米)可被收集以形成大规模伤口敷料或绷带。

“敷料整合到伤口中,并像一个有指导意义的支架一样起作用,在被吸收到体内之前募集与再生有关的不同干细胞并协助愈合过程,”疾病生物物理组的研究生Christophe Chantre和该论文的第一作者。

在体内测试中,研究人员发现用纤维连接蛋白敷料处理的伤口在20天内显示出84%的组织恢复,而用标准敷料治疗的伤口恢复的比例为55.6%。

研究人员还表示,用纤维连接蛋白敷料治疗的伤口几乎具有正常的表皮厚度和真皮结构,甚至会使毛囊再生 - 这通常被认为是伤口愈合领域最大的挑战之一。

“这是向前迈出的重要一步,”Chantre说。 “迄今为止在皮肤再生方面所做的大部分工作都涉及复合物处理,包括支架,细胞甚至生长因子。在这里,我们能够用完全物质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。“

在另一篇发表在Advanced Healthcare Materials上的论文中,疾病生物物理学集团展示了一种基于大豆的纳米纤维,它也能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 - 以及与建立和支持人类细胞相似的生物活性分子。

Parker说:“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。 “在一个女性的周期中,当她的雌激素水平升高时,割伤会愈合得更快。如果你对仍在子宫内的婴儿进行手术,他们的伤口愈合疤痕少。这两种新技术都植根于人类生物学中所有主题中最迷人的部分 - 我们如何复制。“

与纤维连接蛋白纤维类似,研究团队使用RJS将超薄大豆纤维纺入伤口敷料中。在实验中,基于大豆和纤维素的敷料显示,无敷料伤口愈合增加72%,无大豆蛋白敷料伤口愈合增加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,”疾病生物物理研究小组的研究生Seungkuk Ahn和论文的第一作者说。 “这些一步,低成本的脚手架可能成为下一代再生敷料,推动纳米纤维技术和伤口护理市场的发展。”

据研究人员说,这两种敷料在伤口愈合空间中都有优势。大豆基纳米纤维 - 由醋酸纤维素和大豆蛋白水解物组成 - 价格低廉,使其成为大规模应用的理想选择,如烧伤。另一方面,纤连蛋白敷料可用于面部和手部较小的伤口,其中防止瘢痕形成是重要的。

哈佛大学技术开发办公室保护了与这些项目有关的知识产权,并正在探索商业化机会。

出版物:

Christophe O.Chantre, et al., “Production-scale fibronectin nanofibers promote wound closure and tissue repair in a dermal mouse model,” Biomaterials, 2018; doi:10.1016/j.biomaterials.2018.03.006 Seungkuk Ahn, et al., “Soy Protein/Cellulose Nanofiber Scaffolds Mimicking Skin Extracellular Matrix for Enhanced Wound Healing,” Advanced Healthcare Materials, 2018; doi:10.1002/adhm.201701175