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浙大彭丽华副教授、高建青教授《Adv. Funct. Mater.》:在局部智能递药系统构建及加速组织再生领域取得新进展
2020-08-14  来源:高分子科技

  皮肤是人体最大的器官,承担了对机体重要的保护与感知等功能。各种创伤、烧伤、糖尿病溃疡等导致的皮肤损伤是临床高发病。临床常用的移植策略面临二次手术、免疫排斥、修复的组织缺乏功能等问题。采用局部递送活性蛋白、生长因子等并联合电刺激,原位募集自体干细胞并诱导其定向分化成功能细胞,发育为附属器官被认为是加速创面修复及附属器官再生的新策略。但各种生物信号与电刺激的异质性、修复过程的时序性导致对以上多种信号的按需递送成为一种巨大的挑战。


  在近期研究中,浙江大学药学院彭丽华副教授高建青教授与浙大高分子系高超教授、机械学院贺永教授合作,以氧化石墨烯为基材,分别与阳离子聚合物、导电高分子接枝,并进一步交联合成了具有酶响应特性的核酸递送微载体与兼具导电特性的蛋白储库凝胶。利用3D同轴打印,制备了可降解的同轴凝胶微管阵列芯片。该芯片在整个递药过程中无需外场调控,全程自调式释放蛋白、核酸,并提供电刺激,先后发挥促进干细胞募集、诱导其向神经细胞分化并加速其发育成熟的动态干预,实现了皮肤及其附属神经结构的快速新生与功能重建。该工作以题为“Self-Adaptive All-In-One Delivery Chip for Rapid Skin Nerves Regeneration by Endogenous Mesenchymal Stem Cells”,发表在Advanced Functional Materials (Doi.org/10.1002/adfm.202001751)。


图1.自适应型智能递释芯片的构建与其程序性释放蛋白、核酸与电信号,加速创面愈合与神经再生示意图


  所构建的智能芯片由多孔的凝胶外壳复合微流道制备的同轴凝胶微管阵列而成,具有可降解性、导电性与优异的生物相容性,能调控趋化蛋白释放,原位募集自体干细胞向创面归巢,并通过干细胞分泌的特异酶触发微流道中核酸微载体解聚,释放核酸/纳米载体复合物,对干细胞实现特异性转染,分泌神经生长因子,刺激干细胞向神经细胞分化。与此同时,芯片的导电特性使其能够模拟生物体给予神经细胞微电流刺激,加速其发育成神经纤维,具备传导功能。


图2 智能芯片的表征及其体内外促进干细胞归巢、转染干细胞等效果图


  通过电生理、钙离子成像等传导功能试验证明,经该芯片诱导分化后的神经样细胞不仅具有成熟的神经细胞形态,其细胞Ca2+信号与瞬时外向K+峰值电流密度明显增强,证明细胞具有显著的兴奋性,能够发挥神经传导的功能。将该芯片应用于大鼠全皮缺损部位,能够促进局部创面神经在23天内快速新生并具有传导功能,创面愈合的速度与质量得到同步改善。以上工作通过构建自调式递送系统实现了对多种生物、物理信号的按需递送,对皮肤及其附属神经结构的再生实现了全过程干预,显著加速了神经的重构及创面修复,为临床皮肤及神经损伤的治疗提供了新借鉴。


图3 智能芯片体内外诱导干细胞神经分化、恢复传导功能,并加速创面愈合效果图


  浙大药学院彭丽华副教授致力于设计新型非病毒载体用于成体干细胞的基因导入与诱导分化,并进一步结合电活性材料构建新型局部智能递药系统,用于皮肤再生及其附属器官的重构,取得了良好的效果,以第一或通讯作者在Science Advances、Advanced Functional Materials、Biomaterials、Journal of Controlled Release等知名期刊发表SCI论文40余篇,以第一发明人授权国家发明专利多项,形成了以经皮与局部智能递药系统、干细胞制剂为核心的基础研究与新药创制研发特色,相关技术及成果在药剂学、组织工程学、再生医学等领域具有广阔的应用前景。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202001751

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(责任编辑:xu)
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