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植物和動物蛋白如何恢復皮膚組織並加速癒合

來源 : Summer Weng 編譯
update : 2018/05/15

根據發表在高級醫療保健材料和生物材料期刊上的一項研究,哈佛大學的研究人員,使用植物和動物中常見蛋白質,開發出可以加速癒合並改善組織再生的傷口敷料。

來自哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS),和Wyss生物啟發工程研究所的研究人員開發了由天然存在於植物和動物中的蛋白質製成的奈米纖維敷料。蛋白質有助於促進癒合和組織再生的功能。

SEAS生物工程和應用物理學教授,同時也是該研究的資深作者Kit Parker,在新聞稿中說,這個纖維製造系統是專門為戰爭傷口的治療而開發的。 作為阿富汗的一名士兵,他目睹了可怕的傷口。他表示,有時候傷口的治療過程本身就很恐怖。這項研究是其團隊中為解決這些問題所做長達數年的努力。

科學家們在20世紀70年代後期開始研究傷口癒合。在那段時間裡,他們發現在妊娠末三個月之前發生的傷口沒有形成疤痕。這意味著再生醫學有了新的可能性,但是研究人員一直在努力重建胎兒皮膚的特性。

據研究人員介紹,胎兒皮膚含有高水平的纖連蛋白,纖維連接蛋白收集在細胞外基質中以促進細胞結合和粘附。纖連蛋白具有兩種稱為球狀和纖維狀的結構。血液中發現球狀結構,組織中發現纖維狀結構。纖維狀纖連蛋白最有可能用於傷口癒合,但其他研究集中於球狀條紋,因為纖維狀纖連蛋白難以工程化。

SEASWyss研究所的研究人員是奈米纖維工程師,這意味著他們可以使用稱為旋轉噴射紡紗(RJS)機器的纖維製造平台,製造纖維狀纖維連接蛋白,其工作方式類似於棉花糖機。研究人員使用液態球狀纖維連接蛋白溶解在溶劑中,並將其裝載到RJS機器中的儲存器中,在裝置旋轉時,透過離心力將其從微小孔中推出。隨著溶劑離開儲存器,溶劑蒸發並且液體球狀纖連蛋白聚合物固化。據研究人員介紹,機器產生的離心力將球狀蛋白質展開成細小的纖維。纖維的直徑小於1微米,能夠製成傷口敷料或繃帶。

疾病生物物理組的研究生Christophe Chantre和該論文的第一作者表示:「敷料整合到傷口中,並像一個有指導意義的支架一樣起作用,在被吸收到體內之前募集與再生有關的不同幹細胞並協助癒合過程。」

研究人員在體內測試了該方法,發現用纖連蛋白敷料處理傷口在20天內顯示出84%的組織恢復,而標準敷料只恢復了55.6%。他們還表明纖維連接蛋白處理的傷口具有接近正常的表皮厚度和真皮結構,並且可以視為毛囊。

「這是向前邁出的重要一步,」Chantre說。 「迄今為止在皮膚再生方面所做的大部分工作都涉及復合物處理,包括支架、細胞甚至生長因子。在這裡,我們能夠用完全物質的方法證明組織修復和毛囊再生。這對於臨床翻譯具有明顯的優勢。」

研究人員還測試了一種可以增強和促進傷口癒合的大豆基奈米纖維。大豆蛋白具有雌激素樣分子,可以加速傷口癒合,以及生物活性分子,這些分子與構建和支持人類細胞的分子相似。

Parker說:「大豆和纖維連接蛋白纖維技術的成功歸功於對生殖醫學的敏銳觀察。在一個女性的周期中,當她的雌激素水平升高時,割傷會癒合得更快。如果對仍在子宮內的嬰兒進行手術,他們的傷口癒合疤痕少。這兩種新技術都根植於人類生物學中,最迷人的主題,那就是如何複製。」

RJS機器中紡出大豆纖維,直到超薄並且可以用作傷口敷料。基於大豆和纖維素的敷料顯示,無敷料傷口癒合增加72%,無大豆蛋白敷料傷口癒合增加21%。

疾病生物物理研究小組的研究生Seungkuk Ahn和論文的第一作者說,這些研究結果顯示大豆基奈米纖維對傷口癒合的巨大希望。 這些一步到位且低成本的支架材料可能成為下一代再生敷料,推動奈米纖維技術和傷口護理市場的發展。

研究人員認為,大豆基奈米纖維製造成本低,這意味著可能有益於大規模使用。纖維連接蛋白敷料可以用於手上較小的傷口以防止疤痕。