含锌颗粒嵌入式纳米纤维支架通过蛋白表达谱评估体外伤口愈合性能

《ACS Applied Bio Materials》：In Vitro Wound Healing Evaluation of Zinc Particle-Embedded Nanofibrous Scaffolds through Protein Expression Profiling

　　

理解生物活性支架各组分如何调控协调的炎症与再生信号，对于开发先进伤口愈合材料至关重要。本研究将含锌金属颗粒嵌入式聚己内酯（PCL-Zn；PZ）电纺纳米纤维支架作为一种免疫调节平台进行评估，该平台通过定向蛋白表达影响伤口愈合进程。研究在持续炎症刺激下，于成纤维细胞单培养、巨噬细胞单培养及成纤维细胞-巨噬细胞共培养模型中，评估了含0、0.5和1 wt % Zn的支架。Zn的掺入在所有培养体系中均增强了细胞活力与代谢活性，同时保持低细胞毒性。在含Zn支架上培养的成纤维细胞表现出炎症信号减弱、COX-2表达受抑，以及促血管生成与促增殖因子（如EGF、bFGF和VEGF）分泌增加。巨噬细胞呈现受抑的炎症活化，伴随生长因子输出升高，符合促愈合表型。共培养研究揭示，Zn支架选择性地抑制炎症放大，同时保留协同血管生成信号，表现为IL-6与COX-2表达降低。综上，这些结果确立Zn嵌入式PCL支架作为一种可调控平台，用于定向调控与伤口愈合应用相关的炎症与再生信号。

研究背景与立项依据：在组织工程与再生医学中，多数聚合物支架研究聚焦于化学组成与降解动力学，而支架微环境中生物活性组分如何调制细胞因子与生长因子表达以驱动伤口演进的分子机制仍定义不足。锌（Zn）作为关键微量元素，是300余种酶的辅因子，可经NF-κB、MAPK/ERK与STAT3等通路调控炎症消退与组织再生；但块体Zn或合金器件中Zn²⁺释放失控会导致局部浓度过高并产生不良反应。将Zn以可控剂量嵌入可降解PCL电纺纳米纤维，有望兼顾可控离子释放、表面亲水化与免疫调节，从而主动引导炎症期向增殖期过渡。该研究即在上述背景下，利用PZ0、PZ0.5、PZ1（分别对应0、0.5、1 wt % Zn）三种电纺PCL-Zn（PZ）纳米纤维支架，在持续脂多糖（LPS）炎症刺激下系统解析Zn介导的蛋白表达重编程。

主要关键技术方法：研究采用小鼠NIH3T3成纤维细胞与RAW 264.7巨噬细胞（均购自ATCC）作为样本细胞源，构建单培养与共培养体系；通过扫描电镜（SEM）结合ImageJ量化纤维形貌与直径，静态接触角评估亲水性；以活死染色、Alamar Blue与乳酸脱氢酶（LDH）释放评价活力、代谢与膜完整性；采用酶联免疫吸附试验（ELISA）动态检测上清中IL-6、IL-1α、EGF、bFGF分泌；以Western blot与免疫细胞化学（ICC）检测COX-2与VEGF蛋白表达；所有数据以n=3重复、单因素ANOVA结合Tukey事后检验处理。

研究结果

纤维形貌与亲水性：SEM显示Zn掺入使平均纤维直径由PZ0的1.15±0.2 μm降至PZ1的0.79±0.1 μm，表面出现轻微粗糙与珠状结构；静态水接触角由123.41°降至116.92°，证实Zn改性提升表面亲水性与初始细胞-材料互作潜力。

成纤维细胞-支架互作：活死染色示PZ1组贴附覆盖率约95%；Alamar Blue显示PZ1代谢活性为PZ0的1.35倍，LDH释放最低；ELISA示IL-6与IL-1α在day 6达峰后day 14消退，而EGF/bFGF在day 3早峰且PZ1输出最高；Western blot与ICC表明COX-2在day 1最强（PZ1相对强度0.51，低于PZ0的1.0），VEGF则至day 6达峰值（PZ1为24 AU，高于PZ0的8 AU），说明Zn抑制早期炎症蛋白、促进晚期促血管生成蛋白。

巨噬细胞-支架互作：RAW 264.7在PZ1存活率超98%，代谢活性1.42倍于PZ0，LDH最低；IL-6/IL-1α同样day 6达峰后消退，PZ1整体细胞因子输出最低；EGF/bFGF于day 3早峰，PZ1的bFGF可达66 pg/mL；COX-2 day 1荧光强度PZ1为0.91 AU（PZ0=1.0），VEGF day 6升至18 AU（PZ0=4 AU），提示Zn促使巨噬细胞趋向M2样促愈合表型并增强促血管生成输出。

成纤维-巨噬共培养：双细胞活率在PZ1达98%；在LPS持续刺激下，共培养上清IL-6与COX-2显著低于单培养叠加预期，而VEGF等协同血管信号保留，证明Zn支架选择性阻尼炎症放大而不牺牲再生交叉对话。

讨论与结论翻译：研究人员指出，PZ纳米纤维通过缓释Zn²⁺双向调节NF-κB与MAPK/ERK-STAT3轴，在低剂量（≤1 wt %）区间实现“抑炎-促增殖”窗口；该平台弥补了块体Zn器件释放不可控的缺陷，将被动支撑转为主动免疫调节。结论部分明确：含锌嵌入式PCL电纺支架可作为一种可调控平台，在单培养与共培养伤口模型中定向调控炎症与再生信号，其中1 wt % Zn（PZ1）在维持低毒前提下最有效地下调COX-2/IL-6、上调VEGF/EGF/bFGF，为设计促再生皮肤创面敷料提供了机制支撑。该文发表于《ACS Applied Bio Materials》。