常凌乾/于欣格团队等开发表贴式可降解生物电子支架，增强三维空间大伤口愈合

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

临床上，当皮肤创面超过6平方厘米时，其修复速度将显著慢于小创口，且易引起并发症，如伤口感染等。传统治疗皮肤创伤的方法，主要基于敷料、表皮移植和细胞外基质支架。这些方法在伤口愈合过程中，主要经历三个关键过程：1）结痂形成，建立止血和防外环境的屏障；2）结痂下的表皮细胞增殖和迁移，导致创面闭合；3）表皮下的成纤维细胞和内皮细胞增殖、迁移和功能化，实现真皮重塑。

然而，对于大面积创伤，这些方法很难控制这三个过程的转变，尤其是表皮与真皮再生方面，面临着巨大挑战，最终导致再生皮肤在创面处结构紊乱和功能丧失。

近日，北京航空航天大学常凌乾团队联合北京航空航天大学牟玮教授、香港城市大学于欣格教授、中国中医科学院王毅研究员、国家卫生健康委科学技术研究所尹德东研究员，在 Advanced Materials 期刊发表了题为：A Degradable Bioelectronic Scaffold for Localized Cell Transfection toward Enhancing Wound Healing in a 3D Space 的研究论文。

该研究设计了一种表贴式生物电子器件——E-TASHI，可以精确控制皮肤伤口愈合三个阶段的过渡，为大面积皮肤伤口提供加速和空间均衡愈合。

研究团队设计的可降解-细胞电转生物电子支架（E-TASHI），质量约为8克，由两个功能模块组成：

1）质粒电转染模块，该模块携带供电系统，可在短时间（<1分钟）启动脉冲电场，实现伤口边缘细胞电穿孔，并递送质粒（编码促细胞增殖和迁移的基因质粒）进入细胞，促进细胞的快速增值和迁移到支架模块的孔隙内。

2）细胞支架模块，由可生物降解的水凝胶组成的多孔状结构，在短时间内可降解为氨基酸为生物体利用。支架的孔状结构类似细胞外基质，为细胞生长和迁移提供微环境和力学支撑。在伤口修复过程中，有利于真皮层细胞在伤口垂直深度内的分布和生长分化，从而实现表皮（平面）和真皮（空间）修复的同步推进，最终创面重建完整皮肤结构，形成的愈合皮肤与健康皮肤高度相似（图1）。

图1：E-TASHI器件利用支架和电转染双重功效，实现大创口的空间均衡愈合和修复

为了评估E-TASHI在创面的伤口修复能力，研究团队建立了大鼠创伤模型。将E-TASHI植入创面，执行电转染操作。通过检测与创面愈合相关指标在7,14和28天的变化，发现细胞数量、血管数量等指标在7天时达到峰值，创面修复进入高峰期；在14天细胞与血管数量减少，创面修复接近尾声，且与健康状态下的细胞与血管数量无显著差距。胶原沉积分数和胶原排列方向也在14天时与健康状态下无显著差异。在28天时创面皮肤切面与健康皮肤高度相似（图2）。

图2：E-TASHI治疗大鼠创面，创口处与愈合相关的指标变化

最后，研究团队在巴马猪模型上进一步验证了E-TASHI在创面的伤口修复能力。与大鼠创面修复结果类似，E-TASHI在28天时创面愈合面积几乎完成，细胞数量、血管数量和胶原沉积分数等指标也与健康组无显著性差异（图3）。

图3：巴马猪创面修复模型，创面修复相关指标变化

该电子器件中细胞支架部分在完成细胞增殖和皮肤愈合后，完全降解，无需二次取出；同时，研究团队从“大创口中不同层细胞增殖速度不同，导致愈合不均衡”这一科学问题出发，设计了原位自供电转染微纳器件，为大创面空间均衡修复提供了一种另辟蹊径的高效修复途径。

北京航空航天大学常凌乾教授、牟玮教授、香港城市大学于欣格教授、中国中医科学院王毅研究员、国家卫生健康委科学技术研究所尹德东研究员为论文共同通讯作者，博士研究生肖傲、蒋欣然，北大第一医院胡永艳博士，香港城市大学李虎博士和焦艳丽为论文共同第一作者。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202404534

阅读原文