低模量水凝胶可减少伤口愈合过程中的疤痕形成

《Acta Biomaterialia》：Low-modulus hydrogels reduce scar formation in wound healing

　　

Bingjie Fu|Huidi Meng|Min Liang|Xiaoqing Liu|Man Li|Xingpu Liu|Xiaowei Liu|Xiaofei Dong|Changyou Gao

摘要

皮肤创伤后的病理性瘢痕形成仍然是一个严峻的临床挑战。水凝胶敷料通过提供湿润的愈合环境来促进伤口闭合，但敷料机械微环境对瘢痕形成的影响却常被忽视。本研究采用循环冻融法，使用相同浓度的聚乙烯醇（PVA）和聚（聚乙二醇甲基丙烯酸酯-缩水甘油甲基丙烯酸酯）（PPG）制备了一系列机械性能可调的水凝胶，其中部分水凝胶添加了超支化聚L-赖氨酸（HBPL）。所有水凝胶在生理条件下均能保持其机械强度。体外实验表明，高硬度环境会激活Piezo1离子通道（一种机械敏感离子通道），导致钙离子流入，从而增加瘢痕形成的可能性。而在体内兔耳全层伤口模型中，低模量水凝胶（约20-29 kPa）显著降低了瘢痕隆起程度、α-平滑肌肌动蛋白的表达以及胶原蛋白I/III的比例。虽然水凝胶的机械模量在抑制瘢痕形成中起主导作用，但添加HBPL后能通过有效吸附关键炎症因子，产生轻微但协同的抗瘢痕效果。该材料系统显示出作为即用型伤口敷料的巨大潜力。通过确定伤口敷料的机械适应性窗口，本研究为合理设计机械治疗性生物材料以实现更好的无瘢痕组织再生提供了框架。

重要性声明

皮肤创伤后的病理性瘢痕形成仍然是一个严峻的临床挑战。水凝胶敷料通过提供湿润的愈合环境来促进伤口闭合，但敷料机械微环境对瘢痕形成的影响却常被忽视。本研究采用循环冻融法制备了化学成分相同、机械性能可调的聚乙烯醇基水凝胶。基底的硬度调节了Piezo1离子通道的活性，从而影响钙离子的流入。低模量水凝胶有效抑制了病理性增生，降低了瘢痕隆起程度，减少了α-平滑肌肌动蛋白的表达，并使胶原蛋白I/III的比例向再生型转变。通过低模量界面抑制Piezo1介导的机械转导途径，本研究提供了一个优化的再生微环境材料设计框架，为临床伤口管理和预防病理性纤维化提供了有前景的双重策略。