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南京医科大学陈进教授团队:用于烧伤伤口敷料

公司新闻    2021-09-18 15:36

烧伤对皮肤结构造成不可避免的损害,导致感染风险增加,对公众健康造成了严重的威胁。因此,开发有效的抗菌伤口愈合敷料具有很高的要求。壳寡糖是由壳聚糖制备的阳离子碱性氨基寡糖,COSs具有较高的水溶性和较低的粘度。此外,COSs还具有多种生物活性,包括抗炎、给药、免疫刺激和抗菌活性,并被认为在创面再生中发挥积极作用,COSs作为生物活性成分有助于家兔缺血皮肤创面的快速愈合。此外,COSs掺入PCL ENMs可能在一定程度上改善了表面亲水性。

 

槲皮素(Qe)是芦丁(Ru)水解的一种活性类黄酮;Qe和Ru是人类饮食中黄酮类化合物的主要成分,特别是在水果和蔬菜中。由于其潜在的药理活性,包括抗氧化、抗炎和抗菌活性,保护血管和神经,以及疼痛管理,引起了越来越多的关注,研究表明它可能有促进伤口愈合的能力。

 

鉴于此,南京医科大学陈进教授团队制造了一种由聚己内酯 (PCL)、壳寡糖(COS)和Qe/芦丁(Ru) 组成的新型电纺纳米纤维膜 (ENM),作为潜在的伤口愈合生物活性敷料。在PCL支架中以优化的质量比掺入壳寡糖(COSs)不仅有助于提高ENM的亲水性和吸水性能,而且有效地增加了形成的纳米纤维的比表面积。特别是,测试了载有Qe/芦丁的纳米纤维膜的抗氧化和抗菌活性,结果表明PCL-COS-Qe膜在所有纳米纤维膜中表现出优异的性能。因此,开发的PCL-COS-Qe/Ru纳米纤维膜作为医疗保健产品具有巨大的潜力,例如烧伤伤口敷料。相关研究内容以“Electrospun chitosan oligosaccharide/polycaprolactone nanofibers loaded withwound-healing compounds of Rutin and Quercetin as antibacterial dressings”为题目发表于期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上。

 

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静电纺丝过程:

 

PCL (1 g)先溶于含甲酸和乙酸的5ml溶液中,以7:3的体积比溶解,待PCL完全溶解后加入COS 100、150、200 mg。

 

对抗菌ENMs,用PCL (1 g)和COS (150 mg)溶液制备Ru或Qe 50 mg(相对于PCL的5 w/w%),搅拌过夜。静电纺丝前,用超声波脱气30分钟。然后使用蠕动泵驱动的5ml注射器注射溶液,并配备内径0.51 mm的21号的钢针,并与正电压连接。

 

针与旋转收集器之间的距离为15 cm,用锡纸包裹收集器,并与3 kV恒定负电压相连。流速0.77 mL/h,工作时间6 h。最后,将收集在锡纸上的ENMs转移到40℃的真空烘箱中24小时以去除残留的酸。在静电纺丝过程中,使用高清摄像机拍摄数字图像和视频。在25℃下,用粘度计(中国NDJ-5S)测定样品溶液的粘度。使用表面张力仪(Dataphysics, DCAT20)检测表面张力。通过电导率仪测试样品溶液的电导率。

 

结果与讨论

 

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 图 1. 在 (A) PCL、(B) PCL-COS、(C) PCL-COS-Ru 和 (D) PCL-COS-Qe 的静电纺丝过程中,泰勒锥和单射流在针尖处的形成。

 

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图2 (A-F)不同ENMs的SEM图像(插入:20000倍放大的SEM图像)。(G-L)通过扫描电镜(n = 100)图像统计得到纳米纤维的直径分布和平均直径。

 

图片4.png  3. (A) N2 吸附等温线和 (B) ENM 的 BJH 吸附的孔径分布。 (C) ENMs 和原始 COS 的 FT-IR 光谱。 (D) ENMs 在 200 800 cm-1 处的 UV-vis 光谱。

 

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  4. (A) PCLPCL-COSPCL-COS-Ru 和 PCL-COS-Qe 特定时间点动态接触的图像。 (B) 从 0.5 小时到 36 小时的吸水曲线,和 (C) 膜干燥后的重量损失。 (D) 48 小时内 PCL-COS-Ru 和 PCL-COS-Qe 中 Ru 和 Qe 的释放曲线。误差条表示平均值 ± 标准偏差 (n = 3)

 

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  5. (A) Ru 和 Qe 分别在 和 16 μg/mL 浓度下静电纺丝前后的 DPPH·自由基清除活性。 (B) PCLPCL-COSPCL-COS-Ru 和 PCL-COS-Qe 膜在 3和 小时的清除活性;对照DPPH·溶液本身。 (C) NIH/3T3 细胞在含有不同重量 ENM 提取物的培养基中培养 24 小时的存活率,通过 CCK-8 测定法测量。误差条表示平均值 ± 标准偏差 (n = 3)。 *P<0.05**P<0.01***P<0.001

 

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  6. PCLPCL-COSPCL-COS-Ru 和 PCL-COS-Qe 对 (A) 大肠杆菌和 (B) 金黄色葡萄球菌的抗菌活性,在 12 小时和 24 小时后进行动态接触测定。 (C) ENMs 在琼脂平板上对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性的图像。 (D) 不同 ENM 处理的金黄色葡萄球菌细胞在不同时间点的 SEM 图像。误差条表示平均值 ± 标准偏差 (n = 3)

 

结论:

 

在这项研究中,作者使用静电纺丝方法成功开发了 PCL-COS-Qe/Ru ENMs 作为潜在的烧伤伤口愈合敷料。合成的 ENMs 纳米纤维表面光滑,没有交联或串珠,PCL-COS-Qe/Ru 的平均直径仅为 120 nm 左右。PCL支架中COS以优化的质量比存在,有效地增加了复合纤维的比表面积和膜的亲水性,体现在较小的水接触角和改善的吸水性能上。

 

特别是,测试了载有 Qe/Ru 的纳米纤维膜的抗氧化和抗菌活性,结果表明 PCL-COS-Qe 膜在所有纳米纤维膜中表现出优异的性能。从长远来看,获得的 PCL-COS-Qe/Ru 将基于动物模型进行测试,以证明其临床可用性。尽管如此,在这项研究中合成的具有显着生物相容性和抗氧化/杀菌活性的新型纳米纤维膜具有作为伤口敷料和伤口管理药物输送载体的潜力。

 

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.05.031

 

作者简介:

 

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周刘柱,陈进教授课题组2019级硕士研究生。

2019年毕业于南京医科大学公共卫生学院获卫生检验与检疫学学士学位后进入陈进教授课题组,研究方向为微纳材料的生物医学应用,以第一作者在Int. J. Biol. Macromol., J. Mater. Chem. B, ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊发表SCI论文4篇。

 

陈进,南京医科大学公共卫生学院教授/博导,东南大学兼职博导,江苏特聘教授。

课题组常年接受博士后申请(统招博士后优先留校),电子邮件:jchen@njmu.edu.cn 要求:医学(动物医学/病原微生物)、生物分析/生物材料或蛋白质科学相关专业,即将或已获博士学位不超过3年;近3年以一作发表1篇及以上SCI论文。