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《AS》:一种使用电刺激和自适应导电水凝胶的联合疗法,该水凝胶装载自组装纳米凝胶,并结合短干扰 RNA,促进糖尿病慢性伤口的修复

高分子技术 凝胶技术
高分子凝胶与网络    2022-09-13    736


摘要

除了氧化应激和血管生成受损外,高血糖促进的金属蛋白酶 (MMP) 和促炎细胞因子的过度表达会导致糖尿病伤口的慢性炎症。
西北大学-范代娣(通讯作者)团队基于单宁酸(TA)和短干扰RNAsiRNA)之间的自组装相互作用,首次制备了TA-siRNA纳米凝胶。高效、可生物降解的纳米凝胶与聚乙烯醇 (PVA)、类人胶原蛋白 (HLC)TA 和硼砂交联,以制备适应性、导电的 PHTB (TA-siRNA) 水凝胶。响应于高水平的活性氧 (ROS),水凝胶中的 ROS 响应硼酸酯键被氧化和断裂,TA-siRNA 纳米凝胶被释放到细胞中以降低 MMP-9 的表达。此外,TA HLC 促进胶原蛋白表达、减少炎症和 ROS 水平。发现电刺激 (ES) 促进 TA-siRNA 纳米凝胶从 PHTB (TA-siRNA) 水凝胶体内释放和纳米凝胶的内吞作用。使用 ES PHTB (TA-siRNA) 水凝胶的联合疗法通过降低 ROS MMP-9 的水平并促进巨噬细胞的极化、胶原蛋白的产生和血管生成来加速糖尿病伤口的愈合。本研究为促进糖尿病慢性伤口修复的功能性基因传递和有效治疗策略的设计提供了见解。相关成果以“A Combination Therapy Using Electrical Stimulation and Adaptive, Conductive Hydrogels Loaded with Self-Assembled Nanogels Incorporating Short Interfering RNA Promotes the Repair of Diabetic Chronic Wounds”为题发表在《Advanced Science》上。

图文导读
方案1. ES疗法与适应性导电PHTB(TA-siRNA)水凝胶相结合修复糖尿病慢性创面。


1. a) TA-siRNA 纳米凝胶的廷德尔效应和 b) 透射电子显微镜 (TEM) 和扫描电子显微镜 (SEM) 图像。  TEM 的比例尺分别代表 50 nm 100 nm 的比例。  SEM 的比例尺代表 200 nm 的比例。  c) 纳米凝胶的尺寸分布和 zeta 电位。  d) 纳米凝胶与细胞粘附的机制。  e) 细胞摄取 TA-siRNA 纳米凝胶后巨噬细胞的共聚焦显微镜图像。 比例尺代表 50μm 的刻度。  III III 分别是 26 12 小时 TA-siRNA 内化的高倍共聚焦显微镜图像。  siRNA 用绿色 5-羧基荧光素 (5-FAM) 标记。 细胞核用 DAPI(蓝色)标记。 比例尺代表 20μm 刻度。


2. a) TA-siRNA 纳米凝胶中释放 siRNA 的机制。 通过TA-siRNA纳米凝胶的降解,siRNA逐渐释放出来,其本质是TA的水解(蓝色箭头指向TA结构中可以水解的酯键)。  b) 用于评估 TA-siRNA 纳米凝胶在 RAW264.7 细胞中的基因沉默效率的免疫荧光染色。  siRNA 5-FAM 标记,MMP-9 用红色免疫荧光染料标记。 细胞核用 DAPI(蓝色)标记。 比例尺代表 20μm 刻度。  c)基于免疫荧光染色定量分析RAW264.7细胞中siRNAMMP-9的水平。 阴性对照组细胞中siRNAMMP-9的水平设定为100%


3. a) PHTB(TA-siRNA) 水凝胶的适应性特性由水凝胶逃脱针头的能力表明。  20 号、22 号和 23 号针的内径分别为 0.60 毫米、0.41 毫米和 0.34 毫米。  b) 水凝胶逃避球形间隙的能力表明水凝胶的适应性。  c) 水凝胶的适应性和自愈特性。  d) 常规敷料与PHTB(TA-siRNA)水凝胶敷料在药物或基因释放上的差异。


4. a) PHTB(TA-siRNA) 水凝胶中添加不同浓度的过氧化氢 (H2O2) b) 水凝胶对 ROS 的反应机制。  c) 添加不同浓度 H2O2 后冻干水凝胶的 SEM 图像。  d) 在水凝胶中加入不同浓度的 H2O2 siRNA 从水凝胶中的释放速率。  e) 添加不同浓度的 H2O2 后从水凝胶中释放的 siRNA 的琼脂糖凝胶电泳分析。


5. PHTB(TA-siRNA) 水凝胶对 a) DPPH 自由基、b) ABTS∙+自由基和 c) H2O2 自由基的清除作用。  d) PHTB(TA-siRNA) 水凝胶处理的大鼠皮下 ROS 水平。 使用二氢乙锭(DHE)荧光探针检测皮下活性氧水平。 紫色表示细胞内 ROS 的含量,蓝色表示 4',6-二脒基-2-苯基吲哚 (DAPI) 染色的细胞核。 比例尺代表 100μm 刻度。  e)检测PHTBTA-siRNA)水凝胶清除ROS的体内实验示意图。  f) 接受不同处理的组织中的 ROS 水平。 绿色虚线表示正常皮肤组织中 ROS 的量。  g) PHTB(TA-siRNA) 水凝胶抗氧化性能的机理。


6. a) TA-siRNA 纳米凝胶与巨噬细胞的粘附以及纳米凝胶的细胞摄取的 TEM 图像。  b) 电场对纳米凝胶的粘附和细胞吸收的影响。  c) ES 治疗对伤口应用期间 PHTB(TA-siRNA) 水凝胶释放 siRNA 的影响。  siRNA 用绿色免疫荧光染料(即 5-FAM)标记,蓝色代表 DAPI 染色的细胞核。 比例尺代表 500 μm 的比例。


7. a) 糖尿病大鼠全层皮肤缺损及缺损愈合轨迹。  b)第 37 10 天缺陷的愈合率。  c) 3 天和第 10 天缺陷的 H&E 染色图像的低倍率(比例尺:1 mm)和高倍率(比例尺:100μm)。


8. a) 糖尿病慢性伤口中表达的 MMP-9TNF-𝛼HIF-1𝛼IL-10 IL-6 的免疫荧光染色以及皮肤组织中产生的 ROS 和巨噬细胞表型标志物的标记。 蓝色代表 DAPI 染色的细胞核。  ROS DHE 荧光探针(紫色)标记。  CD68 标记(绿色)巨噬细胞和 CD206 标记(红色)M2 型巨噬细胞的免疫荧光双染色。  CD68 标记(绿色)巨噬细胞和 CD86 标记(红色)M1 型巨噬细胞的免疫荧光双染色。 分析在第 7 天进行,比例尺代表 20 μm 刻度。  bMMP-9cTNF-𝛼dROSeHIF-1𝛼产生的荧光信号强度的定量分析。 对照组糖尿病慢性创面荧光信号强度设为100%  f) 双阳性M1巨噬细胞群 g) 双阳性 M2 巨噬细胞群。  h) M2 巨噬细胞与 M1 巨噬细胞的种群比率。  i) IL-6j) IL-10产生的荧光信号强度的定量分析。


9. a) 7 天在糖尿病慢性伤口中表达的 Col IVEGF CD31 的免疫荧光染色和在第 3 天和第 7 天收集的缺陷的激光散斑对比成像 (LSCI) 图像。比例尺代表 20μm 刻度。 糖尿病慢性伤口皮肤组织中表达的 b) Col Ic) VEGF d) CD31 的量。 对照组创面荧光信号强度设为100%  e) 不同组糖尿病慢性创面灌注指标。  f) ES 疗法和 PHTB(TA-siRNA) 水凝胶联合使用修复糖尿病伤口的机制。


小结

在这项工作中,制备了自组装的TA-siRNA纳米凝胶,可有效地将siRNA携带到细胞并释放siRNA以沉默MMP9基因。纳米凝胶与 PVAHLCTA 和硼砂通过动态硼酸酯键和氢键交联混合形成适应性导电 PHTB(TA-siRNA) 水凝胶。水凝胶能够填充深层不规则伤口并将药物或基因释放到伤口中。此外,水凝胶改善了电流的传输,从而促进了细胞间信号传导,提高了 ES 治疗的疗效。此外,针对慢性伤口中的高 ROS 水平,水凝胶中的硼酸酯键被氧化并因此断裂,并释放出 TA-siRNA 纳米凝胶。纳米凝胶释放出使 MMP9 基因沉默的 siRNA 和抑制炎症并降低 ROS 水平的 TAES 疗法促进了 PHTB(TA-siRNA) 水凝胶中 TA-siRNA 纳米凝胶的体内释放和纳米凝胶的内吞作用。ES 治疗和 PHTB(TA-siRNA) 水凝胶的组合显着降低了 MMP-9ROS 和促炎因子的水平。此外,联合疗法促进了糖尿病慢性伤口中的巨噬细胞极化、胶原蛋白生成和血管形成。这项工作为构建促进糖尿病慢性伤口修复的基因传递系统提供了一种有前途的有效策略。这项工作的结果鼓励进一步研究复杂慢性伤口的有效疗法。为将来进一步开发压电自适应水凝胶,实现能量自供,无需外部ES,为临床转化提供便捷的治疗策略奠定了基础。




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