杜克大学的研究人员帮助开发改善皮肤愈合的生物材料

达勒姆 – 杜克大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员开发了一种生物材料，可以显着减少受伤后疤痕的形成，从而更有效地促进皮肤愈合。这种新材料一旦伤口闭合就会迅速降解，表明激活适应性免疫反应可以触发伤口再生愈合，留下更坚固、更健康的愈合皮肤。

这项工作建立在该团队之前对水凝胶支架的研究基础上，水凝胶支架创建了一种支持组织生长的结构，加速伤口愈合。在他们的新研究中，研究小组表明，这种水凝胶的改良版可以激活再生免疫反应，这可能有助于治愈皮肤损伤，如烧伤、割伤、糖尿病溃疡和其他通常愈合后会留下明显疤痕的伤口，这些疤痕更容易再次受伤。

这项研究于 2020 年 11 月 9 日在线发表在《自然材料》杂志上。

“身体尽快形成疤痕组织，以减少感染的机会，减轻疼痛，并且在较大的伤口中，可以避免水分蒸发流失，”该论文的第一作者、医学博士/博士 Maani Archang 说。加州大学洛杉矶分校 Scumpia 和 Di Carlo 实验室的学生。 “这是伤口愈合的自然过程。”

目前可用于临床的伤口愈合水凝胶位于伤口表面，充当敷料并有助于防止伤口干燥。这反过来又有助于伤口更快愈合，通常是通过疤痕形成。

在 2015 年《自然材料》论文中，由杜克大学的 Tatiana Segura 和加州大学洛杉矶分校的 Dino Di Carlo 领导的研究小组开发了微孔退火颗粒 (MAP) 水凝胶，这是一种基于微粒的生物材料，可以融入伤口而不是停留在皮肤上表面。 MAP 凝胶内的珠子连接在一起，但留下开放空间，形成多孔结构，为细胞在伤口部位生长时提供支撑。当伤口闭合时，凝胶慢慢溶解，留下愈合的皮肤。

尽管 MAP 水凝胶允许细胞快速生长和更快修复，但研究小组注意到，愈合的皮肤具有有限的复杂结构，如毛囊和皮脂腺。研究小组很好奇他们是否可以改变生物材料来提高愈合皮肤的质量。

“之前我们发现，随着伤口开始愈合，MAP 凝胶开始失去孔隙率，这限制了组织在结构中生长的方式，”弗吉尼亚大学助理教授唐·格里芬 (Don Griffin) 说道。该论文的作者，也是 Segura 实验室的前博士后研究员。 “我们假设减慢 MAP 支架的降解速度可以防止毛孔闭合，并在组织生长时为组织提供额外的支撑，从而提高组织的质量。”

该团队并没有用新材料创建全新的凝胶，而是专注于允许支架被人体自然分解的化学连接体。在他们最初的 MAP 凝胶中，这种化学接头由取自人体自身结构蛋白的氨基酸序列组成，并以称为 L 手性的化学方向排列。由于这种肽序列和方向在全身都很常见，这有助于凝胶避免触发强烈的免疫反应，但它也可以通过天然存在的酶轻松降解。

“我们的身体已经进化到能够识别和降解这种氨基酸结构，因此我们推测，如果我们将结构翻转为其镜像，即 D 手性，身体将更难降解支架，”Segura 教授说杜克大学生物医学工程专业。 “但是当我们将水凝胶放入小鼠伤口时，更新后的凝胶最终起到了完全相反的作用。”

更新后的材料融入伤口并在伤口闭合时支撑组织。但研究小组发现，新凝胶并没有持续更长时间，而是几乎完全从伤口部位消失，只留下一些颗粒。

然而，愈合后的皮肤变得更坚固，并且包括疤痕中通常不存在的复杂皮肤结构。经过进一步调查，研究人员发现，尽管寿命较短，但愈合效果更强的原因是对凝胶的不同免疫反应。

皮肤受伤后，人体的先天免疫反应立即被激活，以确保任何进入体内的异物被迅速消灭。如果物质能够逃脱第一次免疫反应，身体的适应性免疫反应就会启动，从而更特异性地识别和瞄准入侵物质。

由于最初的 MAP 凝胶是用常见的 L 肽结构制成的，因此它产生了温和的先天免疫反应。但当研究小组将重新配制的凝胶放入伤口时，外源 D 手性激活了适应性免疫系统，该系统产生了抗体并激活了包括巨噬细胞在内的细胞，在伤口闭合后更快地靶向并清除了凝胶。

“受伤后可能会发生两种类型的免疫反应——破坏性反应和更温和的再生反应，”加州大学洛杉矶分校健康中心和西洛杉矶退伍军人医疗中心皮肤科助理教授斯坎皮亚说。 “当大多数生物材料被放入体内时，它们会被免疫系统隔离，最终被降解或破坏。但在这项研究中，对凝胶的免疫反应诱导了愈合组织的再生反应。”

“这项研究向我们表明，激活免疫系统可以用来改变伤口愈合的平衡，从组织破坏和疤痕形成转向组织修复和皮肤再生，”塞古拉说。

研究小组与加州大学欧文分校的再生组织专家 Maksim Plikus 合作，还证实了毛囊和皮脂腺等关键结构在支架上正确形成。当研究小组深入研究这一机制时，他们发现适应性免疫系统的细胞是这种再生反应所必需的。

随着团队继续研究凝胶的再生免疫反应，他们也在探索使用新型 MAP 水凝胶作为免疫调节平台的可能性。 “该团队目前正在探索从凝胶中释放免疫信号的最佳方法，以诱导皮肤再生或将水凝胶开发为疫苗平台，”Scumpia 说。

“我很高兴能够设计出能够直接与免疫系统相互作用以支持组织再生的材料，”Segura 说。 “这对我们来说是一种新方法。”

这项工作得到了美国国立卫生研究院 (F32EB018713-01A1、T32-GM008042、U01AR073159)、国家科学基金会 (DMS1763272)、西蒙斯基金会赠款 (594598、QN、R01NS094599、R01HL110592、R03AR073940、K08AR066) 的支持第545章），皮尤慈善机构信托和 LEO 基金会。

Donald Griffin、Westbrook Weaver、Dino Di Carlo、Tatiana Segura 和 Philip Scumpia 在 Tempo Therapeutics 拥有经济利益，该公司旨在将 MAP 技术商业化。

引文：“通过水凝胶支架激活适应性免疫反应，促进伤口再生愈合”，Donald Griffin、Maani Archang、Chen Kuan、Westbrook Weaver、Jason Weinstein、An Chieh Feng、Amber Ruccia、Elias Sideris、Vasileios Ragkousis、Jaekyung Koh、Maksim普利库斯、迪诺·迪卡洛、塔蒂亚娜·塞古拉、菲利普·斯坎皮亚。自然材料，2020。10.1038/s41563-020-00844-w

(C) 杜克大学

原文来源： WRAL 技术线