以丝蛋白为基质真皮微环境的仿生构建及促创面血管化修复机制研究

Scar healing of deep burn wounds extensively harms patients' body function and health. Dermal functional regeneration becomes a breakthrough to solve this problem, attaching great importance to domestic and foreign scholars. Dermal tissue-bionic scaffolds own similar micro-structure and biomechanical properties to dermal extracellular matrix, and are capable of modulating the biological behaviors of fibroblast and vascular endothelial cells, which casts new light on dermal functional regeneration. This project aims at fabricating bionic scaffold of dermal micro-environment based on silk fibroin. By applying self-assembly principle of silk fibroin, its secondary-structure and crystal texture in aqueous solution will be modulated, thus to obtain a series of silk fibroin sponges with different micro-structure and biomechanical properties. Mechanism of mudulating the biological behaviors of fibroblast and vascular endothelial cells by bionic properties of silk fibroin sponges will be investigated, thus to optimize the bionic properties of silk fibroin sponges. Through biorector simulating dermal physiological environment, mechanism of synergistic effect between fibroblast and vascular endothelial cell will be investigated and vascularized dermal analogue will be regenerated in vitro. By animal test, regeneration of vascularized dermal by silk fibroin sponge will be tested in vivo. This project is promising to clarify the mechanism of modulating the biological behaviors of fibroblast etc, by bionic performance of biomaterials, which could provide novel clue and method to scar healing of deep burn wound.

深度烧伤创面的瘢痕愈合严重损害病人的机体功能和健康，真皮功能化再生成为解决此问题的突破口，得到国内外学者的高度重视。真皮组织仿生支架具有与真皮细胞外基质类似的微结构和生物力学性能，能够调控成纤维细胞、血管内皮细胞等的生物学行为，从而为真皮功能化再生提供了新思路。本项目拟以丝蛋白为基质构建真皮微环境仿生支架，运用丝蛋白自组装原理调控其在溶液中的二级结构和晶体结构，从而获得一系列具有不同微结构和生物力学性能的丝蛋白海绵；研究丝蛋白海绵的仿生性能对成纤维细胞和血管内皮细胞生物行为的调控机制，以优化丝蛋白海绵的仿生性能；以生物反应器模拟真皮生理环境，研究成纤维细胞和血管内皮细胞在丝蛋白海绵支架中的协同作用机制，并体外再生血管化真皮类似物；通过动物实验对丝蛋白海绵再生血管化真皮进行体内验证。本项目有望阐明生物材料仿生性能对成纤维细胞等细胞的调控机理，为解决创面瘢痕愈合的难题提供新的思路和方法。

病理性瘢痕是由于伤口非正常愈合所产生的纤维脉管组织，会导致毁容、挛缩、瘙痒、皮肤癌等严重后果，尚无有效的防治方法。临床实践表明，通过真皮替代物调控伤口愈合过程有利于改善创面愈合质量，抑制病理性瘢痕形成。然而，真皮替代物的微结构、力学性质和化学结构等材料学特性与创面修复的关系，及其通过其自身性质调控创面愈合的机制尚未明确，成为目前伤口修复和皮肤再生领域的重要研究课题。.本项目设计和构建了真皮组织ECM仿生丝素蛋白海绵支架，通过调节丝蛋白自组装过程获得了以纳米纤维为结构单元、孔径200~250 μm的纳米纤维多孔支架。相比普通多孔丝蛋白海绵，以纳米纤维为基本结构的仿生丝蛋白海绵能够促进成纤维细胞和血管内皮细胞的黏附，进而活化细胞，增强其增殖及其合成细胞外基质分子的功能，从而有利于血管化类真皮组织的新生。.在真皮组织ECM结构仿生的基础上，项目进一步优化了丝蛋白海绵的力学性质。细胞实验和体内实验表明，此材料适宜的三维微结构和力学性质使其在无外源性生长因子的作用下诱导血管内皮细胞分化，并能够促进真皮组织长入和新生。研究发现力学性质是真皮组织ECM海绵支架中形成微血管的关键因素。具有微结构仿生的丝蛋白海绵，其柔性力学强度（压缩模量，~5 kPa）有利于血管内皮细胞分化和平滑肌细胞分化，从而赋予海绵作为支架材料促进血管化组织再生的功能。.本项目的研究进展和结果为抑制创面瘢痕愈合和构建新型真皮替代物伤口修复材料提供了参考依据。项目揭示了纳米纤维结构是支架海绵促进细胞黏附、增殖和形成新生组织的关键结构因素，并发现适宜的力学性质使支架海绵能够在无外源性生长因子的作用下促进微血管形成。同时，项目所构建的真皮组织仿生丝蛋白海绵有望开发成为新型皮肤替代物。