哈佛医学院3D打印光敏抗菌水凝胶支架用于慢性伤口修复

近期，来自哈佛大学医学院的Su Ryon Shin教授团队在Advanced Functional Materials发表了文章题为“Light-Controlled Growth Factors Release on Tetrapodal ZnO-Incorporated 3D-Printed Hydrogels for Developing Smart Wound Scaffold” ，此研究也作为封面文章刊登在最新一期AFM封面上。团队使用了上普生物3D打印设备BioMaker 3D打印了一种智能伤口修复支架，该支架封装了生长因子，装饰有光敏和抗菌的四脚形氧化锌（t-ZnO）微粒，用于治疗慢性伤口。智能支架的多功能特性与光触发的血管生成因子释放，抗菌特性和组织相容性相结合，可快速恢复伤口。

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【哈佛医学院3D打印光敏抗菌水凝胶支架用于慢性伤口修复】慢性炎症是糖尿病的广泛并发症。 14-24% 的糖尿病足溃疡可导致截肢， 84% 的截肢与极度溃疡有关。慢性伤口通常指的是在三个月内未能愈合的患病组织。因此，治疗对于避免长期炎症的后果和降低全身感染的可能性是重要且必要的。为了确保快速愈合，需结合多种因素的治疗，这些因素包括氧合、感染治疗、水合作用以及生长和增殖相关蛋白的应用。然而，将抗菌特性和适当的血管生成等协同治疗效果纳入一种治疗方法仍然具有挑战性。

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化学处理的 t-ZnO 的可调光活性表征

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负载 t-ZnO 的水凝胶的机械性能

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3D打印负载 t-ZnO 的GelMA水凝胶

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VEGF 包被的 t-ZnO GelMA 水凝胶的体外表征
负载 t-ZnO 的水凝胶的抗菌性能：通过实验，研究者认为主要的抗菌机制源于纳米颗粒产生的 ROS 。这意味着可以在长期建立细菌定植之前利用 t-ZnO 的抗菌活性进行快速治疗。这些结果表明，载有 t-ZnO 的水凝胶具有潜在的抗菌性能，对伤口愈合的成功有很大影响。

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负载 t-ZnO 的水凝胶的抗菌性能
使用体内皮下测试评估 VEGF 涂层的 t-ZnO 负载 GelMA 水凝胶的生物相容性和血管生成：1% t-ZnO-VEGF 尤其显示出更高水平的 CD31 表达。与 2% t-ZnO-VEGF 相比， 1% t-ZnO-VEGF 显示出更高的值，表明血管生成在 1% t-ZnO-VEGF 中进一步进行。另外，由于其生物相容性和炎症减少，含有 1% t-ZnO-VEGF 的水凝胶是伤口愈合的更好候选者。

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生物相容性和血管生成评价3D 打印 VEGF 涂层的 t-ZnO 负载 GelMA 水凝胶贴片伤口愈合性能评价：血管生成是伤口修复的一个重要过程，因为它允许血管为组织提供营养和氧气，并促进肉芽组织的形成。血管生成在被具有 1% t-ZnO-VEGF 的支架覆盖的伤口中最为活跃。结果表明， CD31 表达在 1% t-ZnO-VEGF 和其他组之间存在显着差异。众所周知， VEGF是非常重要的生长因子，它能够促进血管生成以促进组织再生。由细胞迁移和血管化缺陷引起的慢性伤口可以通过VEGF治疗治愈。众所周知，锌离子还具有有效的抗菌产生和血管生成加速作用。因此，预期支架中的组分有助于血管生成。从实验结果证明，虽然t-ZnO的存在诱导血管生成，但VEGF的存在显着促进血管生成。

通过 Ki67 染色评估伤口部位的新细胞生长。角质形成细胞、成纤维细胞和内皮细胞等必需细胞的存在和增殖对于伤口重塑的再上皮化非常重要。 Ki67在1% t-ZnO-VEGF中似乎具有最高活性。因此，通过体内研究证实，含有 1% t-ZnO-VEGF 的支架可增强伤口部位的抗炎反应、血管生成和细胞增殖，从而实现最快的伤口愈合。

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伤口愈合性能评价此研究展示了一种同时使用材料科学和生物医学工程来治疗慢性伤口的方法。 3D打印含有 t-ZnO 微粒的 GelMA 水凝胶可以有效降低细菌浓度，同时促进体外 C2C12 和 HUVEC 的再生长和体内伤口愈合。水凝胶的开放多孔结构及其高含水量使得吸附的血管生成蛋白能够扩散，同时保持机械完整性。交联前凝胶的可印刷性显示出优异的结果，可选择多材料印刷以增强多种生长因子、药物或其他蛋白质的伤口愈合治疗。用 H 2 O 2额外处理 t-ZnO 微粒导致形成高度蛋白质吸附的表面，同时保持其生物医学品质。该处理还允许在 120 秒的持续时间内用光学范围内的光控制释放 VEGF 。固定在 t-ZnO 上的 VEGF 为改善内皮细胞生长创造了足够的微环境，同时保持了抗菌活性，这对伤口愈合的成功有很大影响。通过体内研究，我们证实带有 t-ZnO-VEGF 的打印支架显示出足够的生物稳定性，并增强了伤口部位的抗炎反应、血管生成和细胞增殖，从而实现了最快的伤口愈合。所有这些因素结合在一起，使这种方法成为未来智能伤口敷料平台的候选者。

哈佛医学院3D打印光敏抗菌水凝胶支架用于慢性伤口修复

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