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CS/PEO/CO纳米纤维的制备、表征及其作为伤口敷料的体内外评估

2021-12-19   易丝帮

伤口愈合是一个复杂的病理生理过程,这也就突出了有效、彻底的伤口护理以及预防伤口感染的重要性,目前看来伤口感染是可能减缓甚至破坏愈合过程的主要障碍。迄今为止,有许多众所周知的草药植物在伤口愈合方面显示出超自然作用。应用这些草药提取物/成分的电纺纳米纤维平台在改善伤口愈合过程中发挥着重要作用。基于这些事实,研究者采用静电纺丝技术将金盏花提取物(CO)负载到壳聚糖/聚环氧乙烷支架(CS/PEO)中。通过SEM观察电纺支架的形态,其纤维直径范围很窄,约143-252nm,外观均匀且无珠。FT-IR光谱证实了纳米纤维支架中存在CO提取物。重要的是,CO提取物的加入改善了CS/PEO纳米纤维的机械性能。添加CO提取物后,观察到粘度降低了1602cP,溶液的电导率增加了0.892ms/cm。CO提取物显示出强大的抗菌性能,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌分别减少了96%和94%。对成纤维细胞的体外研究证实了细胞的增殖、生长和附着增强。大鼠伤口的体内和组织学分析表明,CS/PEO/CO敷料通过改善胶原蛋白合成、上皮再形成和组织重塑显示出优异的伤口愈合能力(14天后伤口闭合率为87.5%)。总之,本研究结果表明CS/PEO/CO支架可作为一种很有前途的皮肤伤口敷料。

 

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图1:含不同浓度CO2提取物的CS/PEO电纺纳米纤维的SEM图像;(A)无提取物,(B)含1%,(C)2%和(D)3%CO提取物。尽管通常首选较高量的负载型CO提取物,但由于其均匀且可重复的形态,CS/PEO/2%CO纳米纤维被选为其余体外和体内实验的候选敷料。CS/PEO/2%CO纳米纤维的平均直径为235.7±65.1nm。


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图2:CO提取物(灰色)、CS/PEO(黑色)和CS/PEO/CO纳米纤维(红色)的FTIR光谱。2919cm-1和1049cm-1处的峰归因于CO的烷基和黄酮,证实纳米纤维中存在CO提取物。


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图3:CS/PEO和CS/PEO/CO电纺毡的应力-应变曲线。如图所示,添加CO提取物后,观察到纳米纤维的拉伸强度降低了2.4MPa,断裂伸长率增加。


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图4:A)CS/PEO和B)CS/PEO/CO的静态水接触角测量,及其C)统计数据(*p<0.05)。CO提取物的加入使接触角值从39.2度降低至29.2度,并提高了纳米纤维的润湿性。


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图5:CS/PEO/CO2%纳米纤维中CO提取物的累积释放曲线。在较早的时间观察到一氧化碳提取物突释,24h后到达平稳阶段。


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图6:CS/PEO和CS/PEO/CO敷料对(A)金黄色葡萄球菌[(a)未处理对照,(b)CS/PEO纳米纤维和(c)CS/PEO/CO纳米纤维]和(B)大肠杆菌[(d)未处理对照,(e)CS/PEO和(f)CS/PEO/CO纳米纤维]的抗菌活性。对照为未处理的样品。所有实验一式三份进行,数据通过学生t检验进行分析;*p<0.05和**p<0.01。如图所示,与CS/PEO对照相比,含有CO提取物的纳米纤维显示出细菌菌落数量的显著减少。


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图7:使用MTT法测定不同时间间隔纳米纤维上的成纤维细胞增殖。与CS/PEO纳米纤维和对照组(TCP)相比,含有CO提取物的纳米纤维显示出最高水平的增殖。


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图8:伤口闭合效率。A)图表显示使用不同敷料的伤口愈合质量。B)对使用不同敷料的伤口闭合情况进行定量分析(*p<0.05)。14天后,与没有提取物的纳米纤维相比,负载CO提取物的纳米纤维垫显著增强了伤口闭合。


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图9:伤口愈合的组织学评估。A)治疗后第7天和B)治疗后第14天,H&E染色不同治疗组中愈合切口的显微切片。白色箭头指向硬痂;绿色箭头表示血管生成部位;黑色箭头显示再上皮化。与其他组相比,CS/PEO/CO纳米纤维组第14天的再上皮化与正常皮肤的相似性更高。


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图10:伤口愈合的免疫组织化学和组织学评估。治疗后7天和14天,不同治疗组和对照组愈合切口的显微横切片,用抗CD31抗体和MT染色。棕色代表CD31阳性染色;比例尺:100µm。与其他治疗组相比,CS/PEO/CO显著改善了伤口区域的血管生成和胶原蛋白合成,从而提高了伤口愈合能力。


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