冷冻衍生各向异性多孔微粒：助力间充质干细胞治疗伤口愈合的新突破

为解决现有水凝胶支架结构简单、间充质干细胞（MSCs）移植效果不佳等问题，研究人员开展冷冻衍生各向异性多孔微粒（FAPMs）负载过表达肝细胞生长因子的 MSCsHGF促进伤口愈合的研究，结果显示该微粒可加速伤口愈合，在临床伤口治疗领域前景广阔。

　　在医学领域，皮肤损伤的治疗一直是备受关注的难题。传统的治疗方法存在诸多局限，例如，基因编辑技术虽然能从基因层面进行干预，但操作复杂且存在潜在风险；再生医学尚处于不断探索阶段，很多技术还未成熟；基于干细胞的疗法中，间充质干细胞（MSCs）虽在伤口愈合过程中至关重要，可转化为多种细胞促进组织修复，然而其移植效果却不理想，较差的 MSCs 植入率严重阻碍了其在多种组织损伤治疗中的应用 。同时，现有的 MSCs 负载水凝胶组织工程支架，三维结构相对简单，缺乏有利于细胞黏附和生长的拓扑特征，而且常规 MSCs 分泌生长因子的能力有限，再加上结构设计和细胞承载能力的不足，这些都限制了其治疗效果和临床应用。

在这样的背景下，为了找到更有效的伤口愈合治疗方法，研究人员开展了深入研究。此次研究虽未明确研究机构所属地，但研究人员提出了一种创新的方案，即利用冷冻衍生各向异性多孔微粒（FAPMs）来负载过表达肝细胞生长因子（HGF）的间充质干细胞（MSCs^HGF），以此促进伤口愈合，相关研究成果发表在《Research》上。这一研究成果意义重大，有望为临床伤口愈合治疗开辟新的途径。

研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。首先是微流控技术，通过精确控制流体和界面，将甲基丙烯酸化明胶（GelMA）前体分散成均匀的微滴，从而制备出单分散的 FAPMs。其次是冷冻光聚合技术，借助温度梯度使 GelMA 微滴定向冷冻，再经紫外线光交联和冷冻干燥，制得具有特定结构的 FAPMs。此外，还运用了细胞培养、ELISA 检测、体内伤口愈合实验以及多种染色技术（如苏木精 - 伊红染色、Masson 染色、免疫组化染色等）来评估微粒性能和治疗效果。

研究结果

1. FAPMs 的制备与表征：通过微流控和定向冷冻铸造技术成功制备出 FAPMs，其具有各向异性微观结构。微流控技术可通过调节内外相流速精准控制微粒大小，所制备的微粒单分散性极佳，变异系数小于 5%。与传统冷冻干燥微粒相比，FAPMs 形态独特，呈不透明白色且结构完整，其孔径大小为 40 - 80μm，具有各向异性大孔和分支孔结构，而传统微粒孔径为 20 - 40μm 且孔形态随机。同时，研究发现温度梯度对 FAPMs 的孔形成影响显著，温度梯度越大，孔的取向性越强。
2. FAPMs 对功能干细胞的负载能力：FAPMs 具有良好的生物相容性，与 NIH - 3T3 细胞共培养时，细胞增殖情况与对照组无明显差异，且溶血实验表明其血液相容性良好。MSCs 能够均匀且大量地负载在 FAPMs 上，并且在 FAPMs 上的增殖情况优于普通冷冻干燥微粒，这可能得益于 FAPMs 出色的孔隙率和较大的孔径。此外，经慢病毒转染获得的 MSCs^HGF细胞活力更强，分泌 HGF 的能力也有所提高，其培养上清液中 HGF 和血管内皮生长因子（VEGF）含量均高于未转染组，这表明 MSCs^HGF具有更强的旁分泌效应。
3. MSCs^HGF负载 FAPMs 的生物学功能：体外管形成实验表明，与其他组相比，FAPMs + MSCs^HGF组能显著加速血管细胞网络的形成，促进血管生成，这得益于 MSCs^HGF分泌的高水平 HGF 以及增强的旁分泌生长因子（如 VEGF）。在划痕实验中，来自 MSCs^HGF条件培养基的 NIH - 3T3 细胞迁移率明显更高，这充分证明了 MSCs^HGF过量分泌的 HGF 和 VEGF 对细胞迁移具有积极的促进作用。
4. MSCs^HGF负载 FAPMs 的体内治疗效果：在大鼠全层皮肤缺损模型实验中，FAPMs + MSCs^HGF组伤口愈合速度最快，到第 11 天伤口闭合率高达 97.21% ± 2.39% 。组织病理学分析显示，该组肉芽组织扩张程度最小，组织再生和伤口修复效果最佳。免疫组化染色结果表明，FAPMs + MSCs^HGF组炎症反应最轻，能有效促进巨噬细胞向 M2 表型极化，增加 M2 巨噬细胞数量。Masson 染色发现，该组伤口床胶原蛋白沉积更紧密，纤维结构更有序。免疫荧光染色显示，FAPMs + MSCs^HGF组伤口部位新生血管数量最多，进一步证实了其在促进伤口愈合方面的显著效果。

研究结论与讨论

本研究成功开发了一种创新系统，利用 FAPMs 高效递送 MSCs^HGF，显著提升了伤口愈合效果。FAPMs 独特的各向异性多孔结构，使其能够无损捕获并大量递送 MSCs^HGF。MSCs^HGF在 FAPMs 支架内可增殖、迁移，并持续分泌 HGF，进而促进细胞迁移和血管再生，增强血管生成，极化巨噬细胞向 M2 表型转化，减轻炎症反应，有效提高了皮肤伤口的修复效率。研究结果充分表明，MSCs^HGF负载的 FAPMs 在促进伤口床血管化、组织再生和胶原蛋白沉积方面表现卓越，在伤口愈合领域具有巨大的应用潜力，有望为临床伤口治疗提供新的有效策略，推动该领域的进一步发展。