近期，北京航空航天大學樊瑜波教授和李曉明教授在Advanced Functional Materials上發(fā)表研究文章：構建負載姜黃素的PLLA/PCL微納共軛纖維膜從多個角度協(xié)同防止術后粘連。
摘要圖：與取向纖維膜相比，負載姜黃素的微納共軛纖維膜具有顯著改善的力學性能，可以從多種機制協(xié)同阻止POA，包括作為物理屏障，抑制蛋白質(zhì)吸附，實現(xiàn)抗炎、抗氧化、抗纖維化和抗菌功能，特別是增強AIFM的“接觸引導作用”以抑制成纖維細胞粘附、增殖和分化。
術后粘連（Postoperative adhesion，POA）已成為一個常見但具有挑戰(zhàn)性的臨床問題。目前，大多數(shù)有關防粘連功能的研究主要是通過充當物理屏障或抑制蛋白質(zhì)吸收來實現(xiàn)。然而，由于各種軟組織的生理環(huán)境各不相同，影響粘連形成的因素也復雜多樣，從單一角度防止不同軟組織的 POA 仍然很困難。因此，開發(fā)一種能夠從多個角度防止粘連的多功能防粘連膜，對不同軟組織的防粘連和修復材料具有重要意義。
由于成纖維細胞在 POA 形成過程中起著至關重要的作用，研究人員試圖通過抑制成纖維細胞分化為肌成纖維細胞來預防POA。由定向纖維組成的取向纖維膜（anisotropic fibrous membrane，AIFM）已被證明可以通過“接觸引導效應 ”有效阻礙成纖維細胞向肌成纖維細胞分化。然而，取向纖維膜在對細胞行為的影響上表現(xiàn)出各向異性的同時，在力學性能上也呈現(xiàn)各向異性。其在與纖維取向方向垂直的方向上由于纖維之間缺乏相互糾纏的作用力，而表現(xiàn)出最為薄弱的力學性能，極易造成纖維膜結構的破壞，使得細胞屏障作用失效，防粘連失敗。因此，必須在不影響取向纖維對于細胞行為的影響的同時，又加強取向垂直方向上的力學性能。
取向纖維通過其特殊的表面拓撲形貌對細胞行為施加影響的過程稱為“接觸引導”效應。大量研究表明，這一效應和纖維的直徑息息相關，表現(xiàn)出明顯的“尺寸依賴效應”。對于成纖維細胞而言，通常認為亞微米而不是納米級別的靜電紡絲纖維膜才能為其排列和伸長提供有效的引導線索。因此，如果用與纖維軸向偏轉(zhuǎn)的納米纖維來纏繞微米尺度的取向纖維，有望在保持微米纖維對于細胞行為影響的同時，加強取向垂直方向上的力學性能。而在取向靜電紡絲的制備過程中可以發(fā)現(xiàn)，纖維取向度隨著收集轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速的增大而逐漸增高。在同樣轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速下，纖維直徑越大，取向度越高。因此，通過調(diào)整紡絲溶液的組成成份和電紡參數(shù)，有望在相同的轉(zhuǎn)速和電場下紡出取向程度不一致的微米、納米混合纖維膜，同時實現(xiàn)結構穩(wěn)定的細胞屏障和對成纖維細胞的“接觸引導效應”。
研究發(fā)現(xiàn)，粘連的發(fā)生和發(fā)展涉及到纖維蛋白的過度沉積、成纖維細胞的過度增殖和細胞外基質(zhì)的過度沉積、細胞外基質(zhì)的異常重塑，以及影響整個過程的慢性炎癥反應、缺氧引發(fā)的氧化應激、細菌感染等等。因此，引入具有抗炎、抗氧化、抗纖維化活性的姜黃素可以實現(xiàn)多功能，進一步防止粘連的發(fā)生。
圖2。 PAPC IFM、AIFM 和 MCFM的力學性能分析。(A) a) 微米纖維取向平行方向上的拉伸曲線；b) AIFM 和 MCFM 在微米纖維取向垂直方向上的拉伸曲線和拉伸后的物理照片；IFM、AIFM 和 MCFM 在微米纖維取向（B）平行方向和（C）垂直方向上拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量。
圖4。成纖維細胞在PAPC IFM、AIFM 和 MCFM表面向肌成纖維細胞的分化。(A) 不同PAPC 纖維膜表面細胞的 α-SMA 表達；(B) COL-Ⅰ 分泌；和 (C) YAP 核定位的激活。a) 表示 YAP 的免疫熒光染色；b) YAP 核定位激活比例的統(tǒng)計分析。
圖5。PAPC MCFMs（cur）的體內(nèi)抗纖維化能力。(A）植入14天后，材料周圍組織中波形蛋白的a）免疫組化分析和 b）定量分析；（B）α-SMA 和膠原 I 的a）免疫熒光分析，b）膠原 I 和 c）α-SMA 的定量分析；（C）TGF-β1 的a）免疫組化分析和b）表達的平均面積。
圖7。不同 PAPC 纖維膜植入大鼠腹腔 14 天后的粘連情況。(A) a) 材料與腹腔內(nèi)盲腸組織粘連情況以及切除的材料與粘連組織的直觀圖，黃色圓圈代表粘附部位；b) HE 和 Masson 染色結果，黑色虛線為聚丙烯非生物降解網(wǎng)與纖維膜的分界線，藍色虛線為纖維膜與粘附組織的分界線，紅色虛線為粘附組織與盲腸的分界線，紅色箭頭代表血管，★表示材料區(qū)域，★表示粘附組織，★表示盲腸；(B)植入大鼠腹腔14 天后不同組的粘附評分。
圖8。PAPC MCFM（cur）預防POA的機制。MCFM和MCFM（cur）可增強AIFM的“接觸引導效應”，通過抑制整合素β1的激活、紐蛋白的表達和粘著斑的形成、以及YAP的核定位激活，抑制成纖維細胞的粘附、增殖以及向肌成纖維細胞的分化。除了這些作用，MCFM（cur）還能從其他方面協(xié)同預防 POA，包括作為物理屏障、抑制蛋白質(zhì)吸附以及實現(xiàn)抗炎、抗氧化、抗纖維化和抗菌功能。
論文第一/通訊作者簡介
廖婕（第一作者）：北京航空航天大學生物與醫(yī)學工程學院博士研究生。主要從事硬腦膜修復體及多功能防粘連膜的研發(fā)工作。
樊瑜波（通訊作者）：北京航空航天大學生物與醫(yī)學工程學院教授、博士生導師，北京航空航天大學醫(yī)工交叉創(chuàng)新研究院院長、醫(yī)學科學與工程學院院長、生物與醫(yī)學工程學院院長，國家醫(yī)學攻關產(chǎn)教融合平臺（醫(yī)工結合）主任，北京生物醫(yī)學工程高精尖創(chuàng)新中心主任，生物力學與力學生物學教育部重點實驗室主任。長江學者，杰青，國家自然科學基金創(chuàng)新群體帶頭人，科技部重點領域創(chuàng)新團隊帶頭人，國務院政府特殊津貼獲得者。美國醫(yī)學生物工程院（AIMBE）、國際醫(yī)學和生物工程科學院（IAMBE）、國際醫(yī)學物理與生物醫(yī)學工程聯(lián)合會（IUPESM）、國際生物材料科學與工程學會(FBSE) 會士。國務院學位委生物醫(yī)學工程學科評議組成員。北航生物與醫(yī)學工程學院創(chuàng)始院長；曾擔任中國生物醫(yī)學工程學會理事長（2008-2015）、世界華人生物工程聯(lián)合會（WACBE）主席、民政部國家康復輔具研究中心主任、附屬康復醫(yī)院院長（2015.1-2020.7） 等。從事生物醫(yī)學工程、醫(yī)療器械、康復輔具等領域研究。發(fā)表SCI論文400余篇(通訊或第一作者）、H因子83、Elsevier生物醫(yī)學工程高被引學者。授權發(fā)明專利200余項，獲部省級科技及教學獎勵13項。
李曉明（通訊作者）：北京航空航天大學生物與醫(yī)學工程學院教授、博士生導師、北京市科技新星、教育部新世紀優(yōu)秀人才、霍英東青年教師基金獲得者，入選美國斯坦福大學與愛思唯爾數(shù)據(jù)庫發(fā)布的“World’s Top 2% Scientists 2023”的“career-long impact”及“single-year impact”名單。主要從事組織修復材料和組織再生工程等相關的教學科研工作，以第一或通訊作者發(fā)表SCI論文100余篇，被SCI他引5000余次，其中5篇超過200次，12篇超過100次，9篇被收錄為ESI高被引論文；出版中文專著2部、英文專著2部；現(xiàn)任中國生物材料學會智能仿生生物材料分會副主任委員，Tissue Engineering、中國修復重建外科雜志等國內(nèi)外雜志的編委，International Journal of Polymer Science、Biomimetics等SCI雜志的Lead Guest Editor；Science等雜志的稿件評審人。
原文信息
Liao J, Li XM, Yang HQ, He W, Wang BB, Liu SY, Fan YB. Construction of a Curcumin-Loaded PLLA/PCL Micro-Nano Conjugated Fibrous Membrane to Synergistically Prevent Postoperative Adhesion from Multiple Perspectives. 2024: 2407983. DOI: 10.1002/adfm.202407983
原文鏈接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202407983
