近场静电纺丝3D各向异性纤维-水凝胶支架集成光热效应促进皮肤创面修复

　　为解决伤口愈合过程中炎症反应、氧化应激和组织重塑障碍等问题，研究人员开发了一种集成光热刺激与拓扑线索的各向异性支架。该支架由明胶甲基丙烯酰(GM)水凝胶和聚多巴胺(PDA)修饰的径向排列聚(ε-己内酯)(PCL)纤维构成，兼具抗炎效应和可控光热转换性能。动物实验证实其能加速全层皮肤伤口愈合，促进表皮再生、血管生成和胶原沉积，为无生物活性因子的创面修复提供了安全高效的新策略。

　　

皮肤创面修复一直是临床面临的重大挑战，炎症风暴、氧化应激微环境以及紊乱的组织重塑过程，常常导致慢性伤口迁延不愈。传统二维电纺纤维支架难以实现细胞定向迁移，而常规光热疗法又面临温度失控损伤组织的风险。如何构建兼具拓扑引导和精准温控功能的新型生物材料，成为再生医学领域亟待突破的瓶颈问题。

北京大学人民医院的研究团队在《Bioactive Materials》发表创新成果，通过近场熔融静电纺丝(NFES)技术构建了三维各向异性纤维-水凝胶复合支架。该支架以径向排列的聚(ε-己内酯)(PCL)纤维为骨架，表面修饰聚多巴胺(PDA)赋予光热转换和抗氧化功能，并整合明胶甲基丙烯酰(GM)水凝胶实现温度调控。研究采用NFES精确控制纤维排列，通过多巴胺自聚合构建PDA涂层，结合紫外交联GM水凝胶形成复合结构。体外实验评估了支架的理化性能、光热行为、抗氧化效率及细胞响应，并通过大鼠全层皮肤缺损模型验证其促愈合效果。

3.1 各向异性支架的制备与表征
通过参数优化确定200根径向排列纤维的PCL支架具有最佳拓扑结构，纤维直径约14μm。PDA修饰后支架表面出现氮元素特征峰，水接触角降至13.2°，证实成功构建亲水性界面。GM水凝胶的引入使复合支架拉伸强度提升至0.9MPa，孔隙结构有利于细胞浸润。

3.2 支架的光热效应
在1.5W/cm²
近红外(NIR)照射下，PCL-PDA支架温度可达60℃，而PCL-PDA-GM支架稳定在42℃治疗窗口。差示扫描量热(DSC)显示GM水凝胶相变吸热(ΔH=0.87J/g)，其0.38W/m·K的导热系数有效防止局部过热。

3.3 抗氧化性能
DPPH和活性氧(ROS)清除实验表明，PCL-PDA-GM支架清除效率达61%，NIR照射后提升至75%。荧光检测证实其可显著降低细胞内ROS水平，优化愈合微环境。

3.4 细胞迁移与增殖
径向排列纤维引导L929成纤维细胞迁移距离达1.85mm，是垂直排列纤维的7倍。CCK-8检测显示PCL-PDA-GM+NIR组细胞增殖活性最高(OD=3.14)，免疫荧光显示细胞沿纤维方向伸展生长。

3.5 体内创面愈合
大鼠全层皮肤缺损模型中，PCL-PDA-GM+NIR组第7天创面闭合率达80.9%，显著高于对照组。免疫荧光显示该组抗炎因子TGF-β(27.3%)和IL-10(24.5%)表达最高，促炎因子TNF-α(1.8%)最低。

3.7 组织学分析
Masson染色显示PCL-PDA-GM+NIR组胶原沉积量是对照组的4倍，H&E染色证实其表皮厚度(164.04μm)最接近正常皮肤。CD31免疫荧光证实光热刺激显著促进血管新生。

该研究创新性地将NFES精密加工、PDA光热转换与GM温控特性相结合，突破了传统支架在拓扑引导和温度调控方面的局限。支架的径向纤维阵列模拟了伤口边缘向中心的细胞迁移路径，PDA介导的温和光热效应(42℃)协同促进血管化和免疫调节，而GM水凝胶则通过相变吸热维持治疗安全窗。这种无需外源生长因子的设计为临床转化提供了更可控的治疗方案，不仅适用于皮肤再生，其模块化设计思路也为神经等其它组织工程提供了新范式。未来通过优化纤维直径梯度分布和动态温度编程，有望实现更精准的时空调控治疗。