西南交通大学鲁雄教授课题组:多功能电活性仿生支架用于皮肤伤口修复

西南交通大学鲁雄教授课题组采用多巴胺还原并修饰氧化石墨烯的策略,得到了兼具导电性、抗氧化性、以及良好分散性的半还原氧化石墨烯(pGO)纳米片。然后将该纳米片引入到壳聚糖和丝素蛋白形成的天然高分子中,成功制备了具有电活性及抗氧化性的仿贻贝多功能电活性和抗氧化仿生支架。体内动物实验证明该进皮肤伤口组织再生。

【前言】

伤口组织再生过程涉及了多种生理信号的协同作用,在伤口再生过程中扮演着重要的角色。生理电信号在伤口再生过程中可以调控细胞行为并促进组织再生;过量的活性氧/自由基将会导致伤口处产生氧化应激,诱导细胞的氧化损伤阻碍再生。因此,为了加速伤口愈合,采用活性材料协调生理信号对促进组织再生具有重要的意义。

【成果简介】

西南交通大学鲁雄教授课题组采用多巴胺还原并修饰氧化石墨烯的策略,得到了兼具导电性、抗氧化性、以及良好分散性的半还原氧化石墨烯(pGO)纳米片。然后将该纳米片引入到壳聚糖和丝素蛋白形成的天然高分子中,成功制备了具有电活性及抗氧化性的仿贻贝多功能电活性和抗氧化仿生支架。体内动物实验证明该进皮肤伤口组织再生。该研究成果以题为“Mussel-Inspired Electroactive and Antioxidative Scaffolds with Incorporation of Polydopamine-Reduced Graphene Oxide for Enhancing Skin Wound Healing”发表在ACS Applied Materials & Interface上(DOI: 10.1021/acsami.8b18931)。该论文由唐鹏飞硕士韩璐博士共同完成。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

【图文简介】

具有电活性和抗氧化性的pGO-CS/SF复合支架的设计

西南交通大学鲁雄教授课题组:多功能电活性仿生支架用于皮肤伤口修复

(a)多巴胺在氧化过程中修饰并还原氧化石墨烯

(b)采用双交联策略制备具有良好电活性和抗氧化性的pGO-CS/SF支架

(c)pGO-CS/SF支架调控伤口组织再生过程

高通量电刺激C2C12细胞

西南交通大学鲁雄教授课题组:多功能电活性仿生支架用于皮肤伤口修复

(a)体外高通量电刺激装置示意图

(b)电刺激7天后的C2C12pGO-CS/SF支架(导电)和CS/SF支架(不导电)上的荧光染色照片

(c)在不同支架表面和不同电压下的C2C12细胞的纵横比的变化

(d)C2C12细胞在不同电刺激条件下的增殖情况

3  通过荧光染色分析pGO的体外抗氧化活性

西南交通大学鲁雄教授课题组:多功能电活性仿生支架用于皮肤伤口修复

(a)无H2O2刺激时,不同浓度pGO处理后巨噬细胞(RAW264.7细胞)中的活性氧水平

(b)在H2O2刺激时,不同浓度pGO含量处理后RAW264.7细胞中的活性氧水平

4 pGO-CS/SF支架在体内抗氧化活性表征

西南交通大学鲁雄教授课题组:多功能电活性仿生支架用于皮肤伤口修复

(a)DHE染色标记伤口处的活性氧

(b)免疫荧光染色分析伤口处炎症反应(蓝色:DAPI;红色:CD68)

5 pGO-CS/SF支架促进皮肤伤口组织再生

 西南交通大学鲁雄教授课题组:多功能电活性仿生支架用于皮肤伤口修复

(a)伤口缺损再生模型

(b)不同时间下伤口的面积闭合率

(c)不同时间下伤口缺损处的照片

(d)21天后伤口组织的H&E染色分析

【小结】

本研究将多巴胺还原的氧化石墨烯(pGO)引入壳聚糖/丝素蛋白(CS/SF)基体中,并通过双交联和冷冻干燥技术制备了具有电活性、以及抗氧化性的可用于伤口修复的支架材料(pGO-CS/SF)。该支架具有良好的力学性能和生物相容性。多巴胺还原的氧化石墨烯(pGO)赋予支架良好的导电性以响应生理电信号,同时pGO表面修饰的儿茶酚官能团也可以清除炎症反应产生的如活性氧/自由基等的氧化性物质,能够避免氧化应激造成的伤口愈合缓慢的情况。体内皮肤缺损实验证明,该pGO-CS/SF支架能够协调皮肤再生过程中的生理电信号和氧化应激信号,从而有效的促进皮肤伤口组织再生。

文献链接:Mussel-Inspired Electroactive and Antioxidative Scaffolds with Incorporation of Polydopamine-Reduced Graphene Oxide for Enhancing Skin Wound Healing (ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019, DOI: 10.1021/acsami.8b18931)。

本文由西南交通大学鲁雄教授课题组供稿,材料人编辑部Alisa编辑。

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