ACS Appl Mater Interfaces| 南京邮电大学汪联辉/丁显光/南大鼓楼医院：用于伤口愈合的EV生物活性墨水

由意外创伤、肿瘤手术或糖尿病引起的慢性创面是导致不适、疼痛和感染等严重临床问题的重要因素。尽管临床上开发了各种促进受损或患病皮肤伤口愈合的治疗方法，如负压疗法、皮肤替代移植、敷料、药物等，但治疗效果差强人意。在实际病例中，皮肤创面经常意外发生，且伤口的形态多种多样。因此，制备适配伤口、促进愈合的伤口敷料具有重要意义。

基于此，南京邮电大学汪联辉/丁显光教授团队与南京大学鼓楼医院合作开发了一种细胞外囊泡(EV)生物活性墨水来调节炎症微环境，促进血管再生和创面愈合。该技术被称为便携式组织愈合生物活性墨水(PAINT)，利用生物修复活性的EV和水凝胶前驱体，在混合后原位形成生物相容性EV_M2-Gel墨水。与3D打印笔的进一步集成可使得EV_M2-Gel墨水能够原位涂抹在创面部位，以适配不同的伤口外貌形态。作者在小鼠伤口模型中进一步验证了其在创面治疗中的潜力，为皮肤创伤的治疗提供了一种可移植的生物医学平台。该研究以题为“Paintable Bioactive Extracellular Vesicle Ink for Wound Healing”的论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（doi: 10.1021/acsami.3c03630）。

伤口组织通常处于炎症状态，阻碍了组织的有效愈合。与细胞相比，细胞来源的EV不仅继承了其固有细胞的大部分活性成分，而且不需要特殊的细胞培养条件，能够通过调节其靶细胞的信号通路来实现相应的功能。因此，作者选择EV作为创面修复的活性因子。

PAINT技术是由EV与海藻酸钠水凝胶前驱体组成，混合后能够原位形成具有生物活性的EV-Gel墨水。海藻酸钠水凝胶因其良好的生物相容性和温和的凝胶条件而成为EV的有效油墨溶剂（如1D和1E）。EV的加入对水凝胶的微观结构没有显著影响，表现出明显的网状结构（图1G）。与3D打印笔的进一步集成允许EV_M2-Gel墨水原位应用于皮肤创面（图1H）。该技术能够应用和填充任意形状和大小的伤口部位以用于创面修复。例如，在猪皮肤上构建不同的创面形状，并用3D打印笔将EV_M2-Gel墨水涂抹在创面部位（图1I）。值得注意的是，构建的3D打印笔能够根据创面的形态和大小调整输出EV_M2-Gel墨水的直径大小，以适应不同的伤口，并可以对EV_M2-Gel墨水充分利用，实现个性化创面修复，满足方便性、有效性和美观性的多样化需求（图1J）。

 

图1 EV_M2-Gel墨水的制备

血管内皮细胞的血管生成是创面愈合的重要因素。作者通过体外血管生成实验研究EV对内皮细胞分化的影响。血管总长度、血管百分比面积和血管结点总数与EV浓度相关且呈现出时间依赖性（图2A-E）。EV_M2以典型的浓度依赖方式显著增强促血管生成生长因子MMP-9和PDGF-BB的表达（图1F-G）。

 图2 EV促进内皮细胞的血管生成

此外，作者也验证了EV显著增强内皮细胞的迁移能力，且呈现浓度依赖性（图3）。

 图3 EV促进内皮细胞的迁移

巨噬细胞作为免疫系统的重要组成部分，不仅能够快速反应和抵抗外来物质的入侵，而且在损伤后各种组织器官的修复和再生中起着关键的调节作用。巨噬细胞向M2表型的极化促进了免疫组织微环境从炎症向增殖期的转变，是促进创面愈合的有效途径。作者在体外研究了EV诱导巨噬细胞极化为M2表型的能力。在EV_M2处理后，巨噬细胞伪足变成长，展现为典型的长梭形（图4A）。EV可促进巨噬细胞向M2表型的极化，且呈浓度依赖性（图4B-D）。EV_M2组中的M2/M1巨噬细胞比例显著增加（图4E）。此外，EV以浓度依赖的方式显著增加抗炎因子IL-10的表达，同时降低了促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表达（图4F）。

图4 EV刺激巨噬细胞的形态变化及M2表型极化

作者为了评价生物活性EV-Gel墨水对体内全层创面的治疗效果，建立了小鼠创面模型。进一步集成了3D打印笔，将“墨水”涂抹在伤口上（图5A）。EV-Gel墨水能够在创面持续释放EV，并随着时间的延长保持相当高的EV浓度（图5B）。利用透明圆环测量并记录创面面积（图5C），EV-Gel墨水明显促进创面愈合，与细胞分析结果一致（图5D）。EV-Gel墨水显著增加了表皮厚度，且创面胶原纤维较致密，沉积较好（图5E）。随着EV浓度的增加，伤口愈合的效果更加明显。EV-Gel墨水显著增加创面平均微血管密度，并激活巨噬细胞为M2表型（图5F）。综上所述，EV-Gel墨水可通过促进内皮细胞血管生成和巨噬细胞向M2表型的极化来加速创面愈合。

图5 PAINT加速创面愈合

总而言之，作者研发了一种嵌入细胞外囊泡的便携式促进组织愈合的生物活性墨水（PANIT），通过与3D打印笔的进一步集成可使得EV-Gel墨水能够原位涂敷在伤口上，以适配不同的伤口外貌形态。该技术可以根据伤口的形状和大小适应各种伤口，实现个性化伤口修复，满足方便性、有效性和美观性的多样化需求。EV-Gel墨水可以通过促进内皮细胞的增殖和迁移，增强其血管生成的能力。此外，它们有效地将巨噬细胞极化为M2表型，促进伤口免疫微环境从炎症期向增殖期的转变，有利于创面组织修复。生物物活性墨水在体内具有加速伤口愈合和组织修复的能力，为皮肤创伤的组织修复提供了一种方便、简单的生物医学工具。

参考文献：

Paintable Bioactive Extracellular Vesicle Ink for Wound Healing, ACS Appl Mater Interfaces. 2023 May 19. doi: 10.1021/acsami.3c03630.

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