常凌乾/于欣格团队等开发表贴式可降解生物电子支架，增强三维空间大伤口愈合
常凌乾/于欣格团队等开发表贴式可降解生物电子支架，增强三维空间大伤口愈合
近日，北京航空航天大学常凌乾团队联合多家机构开发出一种新型可降解生物电子支架E-TASHI，该设备通过精确控制皮肤伤口愈合过程中的关键步骤，为大面积皮肤伤口提供加速和空间均衡愈合的解决方案。
临床上，当皮肤创面超过6平方厘米时，其修复速度将显著慢于小创口，且易引起并发症，如伤口感染等。传统治疗皮肤创伤的方法，主要基于敷料、表皮移植和细胞外基质支架。这些方法在伤口愈合过程中，主要经历三个关键过程：1）结痂形成，建立止血和防外环境的屏障；2）结痂下的表皮细胞增殖和迁移，导致创面闭合；3）表皮下的成纤维细胞和内皮细胞增殖、迁移和功能化，实现真皮重塑。
然而，对于大面积创伤，这些方法很难控制这三个过程的转变，尤其是表皮与真皮再生方面，面临着巨大挑战，最终导致再生皮肤在创面处结构紊乱和功能丧失。
近日，北京航空航天大学常凌乾团队联合北京航空航天大学牟玮教授、香港城市大学于欣格教授、中国中医科学院王毅研究员、国家卫生健康委科学技术研究所尹德东研究员，在 Advanced Materials 期刊发表了题为：A Degradable Bioelectronic Scaffold for Localized Cell Transfection toward Enhancing Wound Healing in a 3D Space 的研究论文。
该研究设计了一种表贴式生物电子器件——E-TASHI，可以精确控制皮肤伤口愈合三个阶段的过渡，为大面积皮肤伤口提供加速和空间均衡愈合。
研究团队设计的可降解-细胞电转生物电子支架（E-TASHI），质量约为8克，由两个功能模块组成：
1）质粒电转染模块，该模块携带供电系统，可在短时间（<1分钟）启动脉冲电场，实现伤口边缘细胞电穿孔，并递送质粒（编码促细胞增殖和迁移的基因质粒）进入细胞，促进细胞的快速增值和迁移到支架模块的孔隙内。
2）细胞支架模块，由可生物降解的水凝胶组成的多孔状结构，在短时间内可降解为氨基酸为生物体利用。支架的孔状结构类似细胞外基质，为细胞生长和迁移提供微环境和力学支撑。在伤口修复过程中，有利于真皮层细胞在伤口垂直深度内的分布和生长分化，从而实现表皮（平面）和真皮（空间）修复的同步推进，最终创面重建完整皮肤结构，形成的愈合皮肤与健康皮肤高度相似（图1）。
图1：E-TASHI器件利用支架和电转染双重功效，实现大创口的空间均衡愈合和修复
为了评估E-TASHI在创面的伤口修复能力，研究团队建立了大鼠创伤模型。将E-TASHI植入创面，执行电转染操作。通过检测与创面愈合相关指标在7,14和28天的变化，发现细胞数量、血管数量等指标在7天时达到峰值，创面修复进入高峰期；在14天细胞与血管数量减少，创面修复接近尾声，且与健康状态下的细胞与血管数量无显著差距。胶原沉积分数和胶原排列方向也在14天时与健康状态下无显著差异。在28天时创面皮肤切面与健康皮肤高度相似（图2）。
图2：E-TASHI治疗大鼠创面，创口处与愈合相关的指标变化
最后，研究团队在巴马猪模型上进一步验证了E-TASHI在创面的伤口修复能力。与大鼠创面修复结果类似，E-TASHI在28天时创面愈合面积几乎完成，细胞数量、血管数量和胶原沉积分数等指标也与健康组无显著性差异（图3）。
图3：巴马猪创面修复模型，创面修复相关指标变化
该电子器件中细胞支架部分在完成细胞增殖和皮肤愈合后，完全降解，无需二次取出；同时，研究团队从“大创口中不同层细胞增殖速度不同，导致愈合不均衡”这一科学问题出发，设计了原位自供电转染微纳器件，为大创面空间均衡修复提供了一种另辟蹊径的高效修复途径。
北京航空航天大学常凌乾教授、牟玮教授、香港城市大学于欣格教授、中国中医科学院王毅研究员、国家卫生健康委科学技术研究所尹德东研究员为论文共同通讯作者，博士研究生肖傲、蒋欣然，北大第一医院胡永艳博士，香港城市大学李虎博士和焦艳丽为论文共同第一作者。
本文原文来自澎湃新闻