【摘要】：皮膚組織一旦受到嚴(yán)重?fù)p傷,會給患者的生活和生命健康帶來極大的影響。因此,開發(fā)具有良好的生物應(yīng)答效應(yīng)的新型生物醫(yī)用材料,從而實現(xiàn)創(chuàng)面尤其是難愈創(chuàng)面的快速修復(fù),不僅是生物材料界的一大挑戰(zhàn),也具有重大的臨床意義和市場價值。生物活性玻璃由于其本身具有的高生物活性,在皮膚修復(fù)領(lǐng)域具有極大的潛力。本文在溶膠-凝膠法的基礎(chǔ)上,通過引入模板法制備了形貌規(guī)則的生物活性玻璃微球,并將生物活性玻璃微球與參與創(chuàng)面修復(fù)的細(xì)胞(如成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)接觸培養(yǎng),探究生物活性玻璃微球?qū)?xì)胞行為的調(diào)控作用及其機制;將其與凡士林結(jié)合,制備生物活性玻璃微球復(fù)合膏劑,并通過體內(nèi)實驗探究其對難愈創(chuàng)面愈合的促進(jìn)作用及其機理。在此基礎(chǔ)上,將生物活性玻璃微球與生物醫(yī)用高分子材料復(fù)合制備具生物活性的新型多孔纖維膜并探究其對創(chuàng)面修復(fù)的調(diào)控作用及修復(fù)機理。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)結(jié)合溶膠-凝膠法與模板法,制備出成分均勻、粒度整齊單一且分散性良好的新型生物活性玻璃微球,并對其表面形貌、粒徑分布等性質(zhì)進(jìn)行表征。在此基礎(chǔ)上,制備了分散均勻、濃度可控的生物活性玻璃/凡士林復(fù)合膏劑;(2)將生物活性玻璃微球與成纖維細(xì)胞接觸培養(yǎng),探究生物活性玻璃對成纖維細(xì)胞的增殖、遷移、細(xì)胞外基質(zhì)分泌和分化等細(xì)胞行為的影響,并揭示其相關(guān)調(diào)控機制。結(jié)果表明:生物活性玻璃不僅可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞遷移,還可以抑制成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化,并限制成纖維細(xì)胞I型膠原和III型膠原的過度分泌。而這種抑制作用可能是通過抑制TGF-β1-Smad2信號通路中TGF-β受體I的表達(dá)來實現(xiàn)的;(3)將生物活性玻璃微球與巨噬細(xì)胞接觸培養(yǎng),研究其對巨噬細(xì)胞的增殖、趨向性遷移、吞噬和表型極化等細(xì)胞行為的影響,并揭示不同濃度生物活性玻璃對其調(diào)控的機制。結(jié)果表明:生物活性玻璃對巨噬細(xì)胞行為的調(diào)控具有一定的濃度依賴性。低濃度(20μg/mL)時,被攝入的生物活性玻璃能夠被巨噬細(xì)胞較快降解,并促進(jìn)巨噬細(xì)胞的增殖,加快M1型向M2型的極化過程,NF-κB信號通路可能參與介導(dǎo)生物活性玻璃對巨噬細(xì)胞極化的調(diào)控;相反,在高濃度(100μg/mL)時,被攝入的生物活性玻璃降解較慢,破壞巨噬細(xì)胞細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的完整性,導(dǎo)致明顯的細(xì)胞毒性并延長其炎癥反應(yīng)。此外,生物活性玻璃也能夠誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞趨向性遷移,但是與其濃度似乎不存在正相關(guān)性;(4)將生物活性玻璃微球/凡士林復(fù)合膏劑應(yīng)用于糖尿病大鼠難愈創(chuàng)面的治療,通過考察創(chuàng)面的愈合速率、創(chuàng)面新生組織的組成和結(jié)構(gòu)、組織中巨噬細(xì)胞的表型極化和相關(guān)生長因子的表達(dá)情況,探究不同用量的生物活性玻璃對難愈創(chuàng)面修復(fù)的調(diào)控作用及其機制。實驗結(jié)果表明:在難愈創(chuàng)面的微環(huán)境下,雖然生物活性玻璃的使用會帶來一定的炎癥反應(yīng),但是低濃度的生物活性玻璃可以加快糖尿病創(chuàng)面處巨噬細(xì)胞從M1型向M2型極化的進(jìn)程,而高濃度的生物活性玻璃會導(dǎo)致創(chuàng)面處炎癥反應(yīng)的長期存在,不利于創(chuàng)面的修復(fù);(5)通過對紡絲溶液中聚己內(nèi)酯、造孔劑和生物活性玻璃微球的含量進(jìn)行調(diào)節(jié),結(jié)合靜電紡絲技術(shù)和相分離技術(shù),制備新型生物活性玻璃微球/聚己內(nèi)酯多孔纖維膜,并對其表面形貌、親疏水性和離子釋放等性質(zhì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明:提高聚己內(nèi)酯濃度可以去除纖維中的串珠結(jié)構(gòu);使用合適濃度的造孔劑可以在纖維表面制備出密集的多孔結(jié)構(gòu);生物活性玻璃加入量過多會導(dǎo)致纖維形態(tài)的改變和表面孔洞結(jié)構(gòu)的消失。最終制備的多孔復(fù)合纖維膜的纖維尺寸均一,生物活性玻璃分布均勻,表面多孔結(jié)構(gòu)能更好地吸附蛋白并促進(jìn)生物活性玻璃的離子釋放;(6)通過在生物活性玻璃微球/聚己內(nèi)酯多孔纖維膜上分別接種巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞,探究其對這兩種細(xì)胞行為的調(diào)控作用,并將其應(yīng)用于糖尿病大鼠難愈創(chuàng)面的治療,考察多孔纖維膜對難愈創(chuàng)面修復(fù)的調(diào)控作用及其機制。結(jié)果表明:生物活性玻璃微球/聚己內(nèi)酯多孔纖維膜能促進(jìn)巨噬細(xì)胞的向M2表型極化和HUVECs的增殖及成血管性能;并通過在創(chuàng)面初期為細(xì)胞遷移、粘附提供結(jié)構(gòu)上的支持,促進(jìn)創(chuàng)面再表皮化進(jìn)程;還可以縮短創(chuàng)面的炎癥階段,并加快修復(fù)相關(guān)生長因子的分泌和糖尿病大鼠創(chuàng)面處血管的形成,從而加速糖尿病創(chuàng)面的愈合。綜上所述,生物活性玻璃微球能夠抑制成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化,并調(diào)控巨噬細(xì)胞的極化過程,通過對創(chuàng)面的炎癥反應(yīng)的調(diào)控促進(jìn)難愈創(chuàng)面的愈合。在此基礎(chǔ)上將其與生物醫(yī)用高分子材料結(jié)合制備了具生物響應(yīng)性的新型復(fù)合多孔纖維膜,并證明其能夠促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面炎癥反應(yīng)的消退和血管的快速生成。本文不僅闡明了生物活性玻璃對創(chuàng)面修復(fù)的調(diào)控作用,也為皮膚組織再生修復(fù)材料的設(shè)計提供了新思路和理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08
【圖文】：

圖 1-1 皮膚的三層結(jié)構(gòu)示意圖[11]Figure 1-1 Diagram of the three-layer structure of skin層主要由角質(zhì)形成細(xì)胞組成，但也包含少量其他細(xì)胞類型比如朗格漢斯胞。這一結(jié)構(gòu)是抵御外界感染和防止體內(nèi)水分流失的屏障。根據(jù)表皮角程度的不同，可以將這一結(jié)構(gòu)分為五層：基底層：處于表皮層的最底層，與真皮層相接，由短柱狀的細(xì)胞構(gòu)成胞會不停增殖分裂，為表皮層提供新生的細(xì)胞。這些細(xì)胞會逐漸向上遷成其他層的細(xì)胞；棘層：由數(shù)層多邊形的細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞間連接緊密，細(xì)胞仍具有一定；顆粒層：由扁平的細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞器開始退化消失，細(xì)胞核固縮，細(xì)明角質(zhì)顆粒；透明層：細(xì)胞核細(xì)胞器均完全退化，細(xì)胞界限不清晰，細(xì)胞內(nèi)含有角母

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文纖維，能夠產(chǎn)生較小的牽引力。這種細(xì)胞表型的變化受到細(xì)胞外基質(zhì)組成、機械性能的改變[49]和炎癥過程中釋放的各種生長因子的調(diào)控[50]。2.隨著組織修復(fù)過程的進(jìn)行，原肌成纖維細(xì)胞逐漸分化成為能夠表達(dá) α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）的肌成纖維細(xì)胞。α-SMA 的表達(dá)受到轉(zhuǎn)化生長因子（TGFβ1）和細(xì)胞外基質(zhì)機械微環(huán)境的調(diào)控[51]。α-SMA 與應(yīng)力纖維的結(jié)合能夠顯著增強成纖維細(xì)胞的收縮能力，從而促進(jìn)創(chuàng)面組織的收縮閉合。

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文進(jìn)入增殖階段所必需，能夠促使創(chuàng)面的愈合[67]。通過對來自皮膚傷口的巨噬細(xì)胞的表型研究發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)面修復(fù)早期巨噬細(xì)胞主要以分泌 TNF-α，IL-1 和 IL-6 的促炎表型 M1 為主，而在創(chuàng)面修復(fù)后期，則以表達(dá) CD206和 Argniase-1 的 M2 型為主[68]。但是值得注意的是，體內(nèi)的巨噬細(xì)胞似乎不如體外實驗中描述的可以被完全分為兩種不同表型。在創(chuàng)面愈合過程中的各個時間點，創(chuàng)面處都有可能存在雜合巨噬細(xì)胞表型。此外，一些研究表明，巨噬細(xì)胞表型的改變在慢性創(chuàng)面的發(fā)病機理中起到關(guān)鍵作用。例如，在小鼠傷口模型中，過量的 M1 巨噬細(xì)胞群會導(dǎo)致傷口愈合過程受阻。此外，在糖尿病小鼠創(chuàng)面組織中，巨噬細(xì)胞從促炎癥表型極化為促愈合表型的過程也受到了阻礙，從而導(dǎo)致糖尿病難愈創(chuàng)面的出現(xiàn)[69]。因此，如何充分了解巨噬細(xì)胞的各種表型極化的調(diào)控因素，并實現(xiàn)對其的定向調(diào)控，是促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)的一個重要問題。

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7 姜S岢

本文編號：2746752