行为与健康

新型创面愈合生物材料减少瘢痕,促进组织再生

水凝胶触发适应性免疫系统,改善组织修复和健康的皮肤

11/18/2020

加州大学洛杉矶分校的科学家们与杜克大学和其他机构的同事们开发了一种伤口愈合生物材料,这种材料可以减少疤痕的形成,促进皮肤组织再生,从而使皮肤更健康、更强壮。研究小组发现,新的水凝胶会引发一种免疫反应,这种免疫反应通常涉及对病原体或疫苗的长期免疫,而这种免疫反应对水凝胶诱导组织再生至关重要。

研究人员建议,这种凝胶可以用于伤口愈合,如烧伤、深度割伤,以及糖尿病溃疡和其他愈合后疤痕明显及容易再次受伤的伤口等。

这项发表在《自然材料》杂志上的研究成果,是基于加州大学洛杉矶分校2015年关于可注射MAP凝胶的研究。这种凝胶由微粒组成,应用在伤口上,可以作为一种多孔的支架,让新组织附着在与凝胶微粒相连空隙中并生长。然而,随着凝胶逐渐溶解,失去孔隙度,限制了组织修复所需的支持。

研究人员假设,通过减缓凝胶的降解过程,可以让新组织有更多的时间生长到支架孔隙中,而不是用新材料创造出一种完全不同的凝胶。他们转换了一种不同类型的氨基酸,作为与凝胶中其他分子的化学连接,这种氨基酸与体内通常用来制造蛋白质的氨基酸是镜像。令他们吃惊的是,在小鼠伤口上使用的改良凝胶,三周内凝胶几乎完全从伤口消失,只留下一些颗粒。

“受伤后会出现两种类型的免疫反应——破坏性反应和温和的再生反应,”论文共同作者加州大学洛杉矶分校医疗中心和西洛杉矶VA医学中心皮肤科助理教授Philip Scumpia博士说,“当大多数生物材料被放置在体内时,它们要么像碎片一样被推出去,要么被免疫系统隔离,然后退化或被破坏,但在这项研究中,凝胶诱导免疫系统产生愈合组织的再生反应。”

有了新的凝胶,再生的组织更加强壮,毛囊和皮脂腺——而不是疤痕组织——在支架上正确地形成。研究人员确定,他们所使用的氨基酸,一种在人体中不存在的氨基酸,是再生免疫反应和改善愈合的关键。

“我们可以通过可伸缩的微流控芯片,构建模块化的化学与物理性质的球形凝胶,这是该系统的关键优势,支持精确优化最优组织,”该研究资深作家,来自加州大学洛杉矶分校生物工程教授萨姆厄工程学院Dino Di Carlo博士说道。

该研究的共同作者包括弗吉尼亚大学生物医学工程和化学工程的助理教授Donald Griffin,他在加州大学洛杉矶分校担任博士后学者时,帮助开发了最初的凝胶;此外Scumpia 与 Di Carlo实验室研究生Maani Archang也参与了研究。

该研究的另一位合著者为杜克大学生物医学工程、神经学和皮肤学的教授Tatiana Segura博士,参与MAP凝胶的研究开始时,她是加州大学洛杉矶分校化学和生物分子工程教授。

该团队还与再生组织专家、加州大学欧文分校发育和细胞生物学教授马Maksim Plikus合作。这项技术获得了加州大学洛杉矶分校Tempo Therapeutics公司的许可,该公司正在将MAP水凝胶商业化,用于复杂伤口的组织再生。

随着研究人员对新的MAP水凝胶的再生免疫反应的深入研究,他们也在探索将该凝胶作为组织再生和疫苗开发的免疫调节平台的可能性。

这项研究得到了美国国立卫生研究院、Pew Charitable Trust慈善信托基金、LEO Foundation基金会、 Simons Foundation西蒙斯基金会、国家科学基金会和总统科学家和工程师早期职业奖的支持。

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