Janus 两亲性纳米纤维膜协同驱动抗菌和抗炎用于皮肤伤口愈合

第一作者：时宇鹏

通讯作者：时宇鹏，靳林，Yifei Wang

通讯单位：郑州大学，周口师范学院

研究速览

近期，郑州大学的时宇鹏，Yifei Wang教授与周口师范学院靳林教授的团队在Materials & Design上发表了Janus 两亲性纳米纤维膜协同驱动皮肤伤口愈合的抗菌和抗炎策略的文章。在这里作者通过静电纺丝聚乙烯醇 (PVA)、聚乳酸-乙醇酸 (PLGA) 与硫化铜纳米粒子 (CuS NPs) 和两种模型药物，即抗菌药物 (mupirocin, M) 和抗炎药物 (valsartan, V)，制备了一种由两亲性 Janus 纳米纤维膜 (PLGAV-CuS/PVAM) 组成的可操作伤口愈合贴片，用于伤口愈合过程中的可控梯度药物释放。Janus纳米纤维膜表现出典型的两亲特性，具有低生物毒性和良好的生物相容性。体外实验表明，纳米纤维膜可以在亲水环境中缓慢持续释放莫匹罗星，达到抗菌目的。此外，PLGAV CuS/PVAM优异的光热效应可以调节抗炎药缬沙坦的释放速率，有效降低伤口愈合过程中的炎症反应，同时也表现出增强的抑菌效率（大肠杆菌96.3%，金黄色葡萄球菌97.8%）。所制备的贴片表现出优异的抗菌、抗炎、缓释作用，对纳米纤维在生物医学领域的应用具有重要意义。

要点分析

要点一，实验设计原理：作者制作了一种多功能的Janus两亲性纳米纤维膜（PLGAV-CuS/PVAM）。Janus两亲性纤维膜由疏水层和亲水层两部分组成。将硫化铜NPs、PLGA和疏水药物缬沙坦(V)共混，通过静电纺丝制备纤维膜的疏水层。亲水性纳米纤维膜是由PVA和亲水性药物莫匹罗星(M)制备的，用于抗菌。

要点二，PLGAV-CuS/PVAM具有良好的抗菌和抗炎效果：在伤口愈合的早期阶段，Janus两亲性纤维膜的亲水层可以使亲水抗菌药物连续地、缓慢地释放，从而避免了感染。在肉芽化生长过程中，近红外光的照射可促进硫化铜纳米颗粒的光热效应，加速抗炎药物在疏水层中的释放。因此，在伤口愈合过程中可以实现可调的抗菌和抗炎梯度药物释放系统（GDRs）。

图文导读

图1. (a-c) PLGAV纳米纤维的SEM图像，交汇角及水化的SEM图像。 (d-f) PVAM纳米纤维的SEM图像，交汇角及水化SEM图像。 (g-i) PLGAV纳米纤维的扫描电镜元素映射图像。

图2. (a) 808 nm NIR激光照射PLGAV-CuS/PVAM纳米纤维膜的加热曲线。 (b-c) 不同浓度硫化铜NPs作用下PLGAV-CuS/PVAM纳米纤维膜的加热曲线和热图像。 (d) PLGAV-CuS/PVAM纳米纤维膜的温度在五个开/关周期中变化图像。 (e) PBS中莫匹罗辛的累积释放量。 (f) 缬沙坦有无NIR光的释放谱。 (g) 用PBS（对照）、PLGA/PVA纳米纤维膜和PLGA-CuS/PVA纳米纤维膜暴露在808 nm激光照射3 min后的热红外图像。

图3. (a) 具有一系列浓度的Janus纳米纤维膜的溶血速率。 (b-c) 用PLGA-CuS/PVA孵育L929后的荧光图像和细胞增殖第1、3和5天。 (d-e) PLGA-CuS/PVA纳米纤维膜孵育3天后的荧光成像。

图4. (a-e) 纳米纤维膜的抗菌活性：定植，荧光图像，活/死染色、扫描电镜照片和定量S的抗菌效率。

图5. (a) 伤口处理过程示意图。 (b) 有代表性的照片。 (c) 伤口闭合的示意图。 (d) 各组在第0、2、4、6、8、12天皮肤创面对应的创面愈合率。 (e-f) 伤口边缘皮肤组织的H&E染色和Masson三色染色。 (g-h) 不同组染色图像的定量分析：瘢痕宽度、大学沉积。

图6. (a) 用VEGF、CD-31、IL-6和TGF β 标记的再生伤口组织进行免疫组化染色的代表性图片。 (b) 不同组VEGF、CD-31、IL-6、TGF β 染色图像的定量分析。 (c) 提出了设计的PLGAV-CuS/PVAM纳米纤维膜加速伤口愈合的机理。

结论

综上所述，作者研究采用双向静电纺丝法制备了一种用于伤口愈合的纳米纤维膜。作者使用水溶性聚合物PVA加载亲水的莫匹罗星，同时使用PLGA加载疏水的PLGA和缬沙坦。一方面，亲水PVA和疏水PLGA的混合纳米纤维膜网络阻碍了莫匹罗星和缬沙坦的释放速率，实现了缓释效果。另一方面，通过分别分配不同药物的适当载体，同时实现亲水和疏水药物的可调传递，可以增强其抗菌和抗炎特性。综上所述，PLGAV-CuS/PVAM纳米纤维膜具有显著的缓释性、抗菌性和抗炎性能。这种简单的多功能创面敷料方法避免了复杂的制造过程，具有较强的临床应用前景。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111778

参考文献：Shi, Y., Zhou, M., Zhao, S., Li, H., Wang, W., Cheng, J., Jin, L., Wang, Y., Janus amphiphilic nanofiber membranes synergistically drive antibacterial and anti-inflammatory strategies for skin wound healing, Materials & Design (2023),

DOI: 10.1016/j.matdes.2023.111778