DOI: 10.1021/acsabm.0c00695

具有不对称润湿性表面的伤口敷料可有效防止细菌定植和组织脱水，在糖尿病伤口愈合中显示出巨大的应用潜力。然而，构建具有高生物相容性和渗透性的高疏水性外表面仍然是制备不对称润湿性敷料的主要挑战。受自然界中存在的超疏水表面结构的启发，本研究成功制备了一种具有高度疏水性外层的不对称润湿性复合伤口敷料，用于糖尿病伤口的愈合。该敷料的疏水性外层是通过将聚（ε-己内酯）（PCL）静电纺丝到微米孔径的尼龙网模板上制成的，而亲水性内层是通过对掺入吡格列酮的明胶（Gel-pio）进行静电纺丝获得的。该敷料具有分层微纳米结构，其疏水性外层显示出优异的防水和防止细菌粘附的能力，而亲水性内层可以通过其纳米纤维结构和生物相容性明胶合成物来促进细胞增殖、迁移和血管生成。也就是说，所制备的敷料具有良好的机械性能、渗透性和较高的生物相容性。更重要的是，在db/db小鼠（2型糖尿病）和STZ大鼠（1型糖尿病）上进行的全层皮肤伤口模型评估结果表明，所开发的敷料可以通过刺激细胞增殖、血管生成、胶原蛋白沉积、重新上皮化促进伤口愈合。这项研究的结果表明，生物启发的不对称润湿性复合伤口敷料可作为糖尿病伤口愈合的有希望的候选材料。

图1.不对称可湿敷料的形貌和润湿性表征。（A）PCLcon、PCL、PCL40和PCL80的SEM和WCA图像。（B）40微米和80微米孔径的尼龙网的SEM图像。（C）PCL、PCL40、PCL80、非交联GeL和交联凝胶的纳米纤维直径分布。（D）Gelcon和Gel的SEM和WCA图像。（E）不对称可湿复合敷料横截面的SEM图像。（F）表面润湿性模型图。PCLcon、PCL、PCL40和PCL80分别为非静电纺丝PCL膜、PCL纳米纤维膜、沉积在间距为40μm和80μm的尼龙网上的微图案化纳米纤维。Gelcon和Gel分别是非静电纺丝Gel膜和Gel纳米纤维膜。

图2.不对称可湿敷料的机械性能。（A）抗张强度。（B）断裂伸长率。（C）弹性模量。（D）水蒸气透过率（WVTR）。（E）吡格列酮在PBS中的体外释放曲线。（F）明胶纳米纤维膜在含胶原酶的PBS中的生物降解率。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

图3.防止细菌粘附测试。（A）在细菌粘附实验中金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌菌落的照片。（B）附着在PCLcon、PCL、PCL40和PCL80表面的细菌的SEM图像。在PCLcon、PCL、PCL40和PCL80上附着的（C）金黄色葡萄球菌、（D）大肠杆菌和（E）铜绿假单胞菌的数量。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

图4.不对称复合伤口敷料的生物相容性和伤口愈合能力的体外评估。（A）在第1天和第3天进行活/死染色后，HSF细胞和HUVECs的荧光图像。（B）通过MTT分析HSF细胞和HUVECs的细胞活力与不同培养时间的关系。（C）HSF细胞和HUVECs的体外伤口愈合试验的代表性图像，以及（D）不同组中HSF细胞和HUVECs的相对迁移率的定量分析。（E）用不同材料培养的HUVECs的体外血管生成测定。（F）管数量和（G）节点的定量分析。*表示样品与对照组之间的显著差异，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

图5.db/db小鼠伤口愈合的体内评估。（A）用不对称可湿敷料处理过的db/db小鼠伤口的照片。（B）用纱布（对照）、PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio和3M Tegaderm膜（Tegaderm）处理不同天的伤口照片。（C）在不同时间点的伤口闭合率。（D）在伤口愈合期间用不同敷料处理的db/db小鼠的血糖浓度。（注：血糖仪的最大量程为33.3 Mm）。（E）在第7天和第14天，来自不同组的伤口样品的代表性H＆E染色图像。（F）在第7天和第14天，Masson对伤口进行三色染色的代表图像。（G）胶原沉积的定量分析。*表示对照组与PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm组之间的显著差异，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

图6.不同组治疗的伤口中CD31、CD31/α-SMA、Ki67、MMP-2和MMP-9的组织学分析。（A，B）通过CD31免疫荧光（IF）染色第7天和第14天伤口处新形成的血管（红色）的代表性图像和定量分析。（C，D）通过CD31/α-SMA IF染色第7天和第14天伤口处的成熟血管（红色+绿色）的代表性图像和定量分析。（E，F）IF染色第7天伤口处Ki67表达的代表性图像和定量分析（绿色）。（G，H）通过IHC染色第14天伤口处MMP-2和MMP-9表达的代表性图像（棕色）。*表示对照组与PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm组之间的显著差异，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

图7.db/db小鼠中生长因子、炎性因子和MMP-9表达的定量分析。（A）第7天在伤口组织中的MIP-2、TNF-α和VEGF表达。（B）第10天在伤口组织中的IL-1β、IL-6和MMP-9表达。（C）第7天和（D）第10天伤口组织中的TGF-β表达。（E）第7天血液中的TNF-α、MIP-2、MMP-9和VEGF表达。*表示对照组与PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm组之间的显著差异，*P<0.05。

图8.STZ大鼠伤口愈合的体内评估。（A）用不对称可湿复合敷料处理过的STZ大鼠伤口的照片。（B）用纱布（对照）、PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio和3M Tegaderm膜（Tegaderm）处理不同天的伤口照片。（C）在不同时间点的伤口闭合率。（D）第5天和第14天来自不同组的伤口样本的H＆E染色和（E）Masson三色染色图像。（F）胶原沉积的定量分析。*表示对照组与PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm组之间的显著差异，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

图9.不同组治疗的伤口中CD31、Ki67和MMP-9的组织学分析。（A，B）通过CD31免疫组织化学（IHC）染色第5天和第14天伤口处血管（棕色）的代表性图像和定量分析。（C，D）通过IHC染色第14天伤口处的Ki67表达（棕色）和MMP-9表达（棕色）的代表性图像和定量分析。*表示对照组与PCL40/Gel、PCL40/Gel-pio或Tegaderm组之间的显著差异，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。