成人皮肤伤口愈合的过程常常伴随着瘢痕的形成。成纤维细胞在初期促进伤口愈合，但后期会使胶原蛋白和细胞外基质过度沉积，导致瘢痕形成。形成过多的瘢痕会对患者产生严重的生理和心理影响。成人无法再生的功能性真皮以及一些功能附属物（毛囊、腺体等）一直是人类皮肤伤口愈合的主要障碍。YES相关蛋白（YAPs）是Hippo信号下游的转录共激活因子，其与成纤维细胞感知机械力变化促进瘢痕形成关系密切。此外，皮肤伤口处存在的细菌容易引发感染，不利于伤口愈合。

针对上述问题，暨南大学郭瑞团队联合浙江大学医学院附属第二医院王新刚团队开发了一种新型药物释放平台。该药物释放平台将维替泊芬（Vp）和铋烯（Bi）与微针（MN）相结合实现无瘢痕伤口愈合。光热响应材料Bi赋予微针温度调节特性，从而使其在近红外（NIR）光下具有杀菌作用。Vp阻断伤口机械张力变化激活的YAP信号传导，从而抑制伤口的瘢痕形成。该工作以“Antimicrobial hydrogel microneedle loading verteporfin promotes skin regeneration by blocking mechanotransduction signaling”为题发表在工程技术与化学化工领域权威期刊《Chemical Engineering Journal》（DOI：10.1016/j.cej.2023.144866）上。郭瑞研究员和王新刚主任为该文的通讯作者。

图1 研究示意图

1）Bi/Vp水凝胶微针贴片具有穿透皮肤能力和光热性能

甲基丙烯酰化丝素蛋白（SFMA）和葡聚糖（Dex）制备的Bi/Vp水凝胶微针（Bi/Vp@MN）针尖和基底透明（图2A），治疗剂Bi和Vp均匀分布于针尖（图2B、D）。MN 的针尖呈金字塔形（图2C），单个微针的断裂力（0.58 N）均超过穿透皮肤所需的最小力（0.03 N），具有穿透皮肤的能力。针尖负载Bi的MN在低剂量NIR照射下可达到显著的光热抗菌温度（图2E-G），具有良好的光热性能。

图2 水凝胶微针的外观和性能评价

2）Bi/Vp水凝胶微针贴片生物相容性良好

生物相容性对于与伤口部位直接接触的微针贴片至关重要，Bi/Vp@MN与3T3细胞培养的活死荧光染色和细胞增殖检测结果显示，水凝胶微针无细胞毒性，细胞生长状态良好（图3A-D）。细胞增殖和迁移在伤口愈合中起着重要作用，细胞划痕实验结果表明，Bi/Vp@MN促进了3T3细胞的增殖和迁移（图3E-F）。

图3 水凝胶微针的体外相容性和划痕实验评价

3）Bi/Vp水凝胶微针贴片有显著抗菌作用，光热刺激与MN协同加强伤口修复效果

在NIR照射下，Bi/Vp@MN对引起伤口感染的常见病原体革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌表现出显著的杀灭效果（>99%），在琼脂平板上几乎观察不到菌落生长，具有强大的抗菌作用（图4A-C）。

图4 水凝胶微针的体外抗菌作用评价

机械张力过大会加剧瘢痕形成并影响皮肤伤口愈合，通过降低机械张力或阻断机械转导可以限制瘢痕形成。研究人员使用小鼠皮肤伤口修复模型评估了Bi/Vp@MN对伤口修复作用和体内抗菌活性。结果显示，Bi水凝胶微针（Bi@MN）和Bi/Vp@MN均可加速伤口愈合（图5A -B)。治疗3天后，对照组和Bi@MN、Bi/Vp@MN组的创面在细菌感染后出现溃疡，而Bi@MN+NIR和Bi/Vp@MN+NIR组的创面未溃烂且有结痂，在琼脂平板上几乎观察不到菌落生长，具有优异的杀菌效果（图5C -E)。Bi/Vp@MN + NIR 组的伤口在30天时毛发大量生长，90天时达到正常皮肤水平，表明光热刺激和MN协同加强感染创面的修复效果（图5A）。

图5 水凝胶微针的伤口修复作用和体内抗菌活性评价

4）Bi/Vp水凝胶微针贴片具有促进无瘢痕伤口愈合、调节伤口血流量和恢复皮肤机械强度作用

H&E染色观察到Bi/Vp@MN + NIR 组的肉芽组织宽度显著减小，上皮组织几乎完全形成，30天内纤维化增多，伴有大量毛囊或皮脂腺样结构，促进无瘢痕伤口愈合作用明显（图6A）。伤口周围的血流评估结果显示，Bi/Vp@MN + NIR组诱导更多的血流向伤口区域，促进血管生成（图6B-C）。同时Bi/Vp@MN + NIR组伤口的断裂力（5.61±0.26N）与正常皮肤的断裂力（5.66±0.19N）没有显著差异，达到了正常皮肤机械强度的91.15±5.11%（图6D）。

图6 水凝胶微针对感染伤口愈合的体内评估

5）Vp 抑制YAP信号通路促进无瘢痕伤口愈合，增强皮肤伤口修复效果

对皮肤伤口组织进行免疫组织化学染色，治疗30天后，Bi/Vp@MN + NIR组的YAP、TGF-β1、CD26、α-SMA、Col-I/Fn表达较对照组降低（图7A-G），表明Vp通过抑制YAP信号通路起促进无瘢痕伤口愈合作用。

图7 对小鼠皮肤伤口的治疗效果评价

皮肤伤口瘢痕的一个标志是缺乏毛囊、腺体等功能附属物，Bi/Vp@MN + NIR组的伤口在30至90天内显示纤维化减少，有许多毛囊或皮脂腺样结构，且表达CK14/CK19（毛囊/皮脂腺标记物），表明毛囊或皮脂腺功能再生（图 8A）。同时伤口上皮组织中形成了一层接近正常皮肤胶原结构的胶原层，胶原沉积量增加，组织重塑改善（图8B），表明Bi/Vp@MN可以增强皮肤伤口修复，抑制瘢痕形成。

图8 水凝胶微针释放Vp抑制小鼠皮肤伤口瘢痕形成

本研究证明了由丝素蛋白制成的Bi/Vp@MN在皮肤伤口抗菌和无瘢痕修复中的有效性，同时发现光热刺激和MN可以协同加强感染伤口修复效果，为MN用于无瘢痕伤口愈合修复提供了工作基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144866