【前沿】南京工业大学：新型人造皮肤破解大面积损伤修复难题

来源：南京科普

世界性难题

皮肤是人体最大的组织器官，在抵抗外界细菌感染和维持体内环境稳定等方面至关重要，而皮肤损伤修复尤其是大面积皮肤损伤修复则是一项世界性难题。

针对这一难题，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授与东部战区总医院王革非教授合作，探索出了一种新策略，即利用微流控气喷纺丝法制备大面积高强度的人造皮肤，在腹壁缺损修复中显示出了巨大的潜力。该研究成果日前发表于国际刊物《先进材料》上。

纤维蛋白原负载的的PCL/SF纳米纤维支架和纤维蛋白密封剂包裹的纳米纤维支架(SNS)促进皮肤再生的示意图。(a)微流控气喷纺丝技术制备可生物降解的纤维蛋白原包覆的PCL/SF纳米纤维支架的示意图；(b) 腹部皮肤再生的三个阶段：可生物降解SNS的制造，皮肤组织重建和皮肤形成； (c-g)腹壁缺损皮肤构造的示意图（上）和相应的实验结果（下）：(c)形成胶原蛋白层的早期保护机制；(d)细胞增殖；(e)新血管的再生；(f)胶原蛋白的形成和沉积；(g)皮肤形成。

纳米纤维支架

目前，在皮肤修复的相关研究中，对于大面积烧伤以及腹内脏器裸露保护方面的成果相对较少。这主要是因为其难度较大——腹内脏器暴露容易引发肠道感染、营养物质运送困难等，从而阻碍创面愈合。因此，在该领域，人造皮肤材料的制备及应用成为修复过程中最大的挑战。

针对这一难题，陈苏课题组探索出一种制备人造皮肤的新策略，即制备大面积可生物降解的纤维蛋白密封剂，这些纤维蛋白作为负载形成纳米纤维支架，并以此为基底生成皮肤组织。

研究团队利用微流控气喷纺丝法，制备了一个面积为140厘米×40厘米的大型纳米纤维支架材料。“这一纳米纤维支架是由一种超细核壳结构的纳米纤维组成，以聚己内酯/丝素蛋白为核，以纤维蛋白原为壳，纤维平均直径只有65纳米。”前述论文第一作者、南京工业大学博士生崔婷婷介绍，以此纳米纤维支架为基底，在基底上喷涂的凝血酶，可以与支架表面的纤维蛋白原发生反应，在纳米纤维支架表面形成一种叫纤维蛋白凝胶的粘合剂，直接粘合在伤口处，不需要再缝合。

“这一阶段形成的复合纤维蛋白胶-纳米纤维支架，我们称之为人造皮肤，这种人造皮肤具有一定的透气性、优异的机械强度和快速的体内降解速度，当创伤完全愈合后，没用完的人造皮肤材料还会自动降解。”崔婷婷说。

纳米纤维支架的特征和SNS的形成。(a-c)通过不同纺丝技术制备的纳米纤维的SEM图像和直径分布：(a)MBS,(b)电纺丝,(c)微流体纺丝；(d)通过四种纺丝方法(电纺，SBS，微流体纺丝，MBS）制备的纳米纤维的纤维直径比较；(e)纤维蛋白原包覆的纳米纤维支架的水接触角随时间变化的曲线（上）和图像（下）；(f)纤维蛋白原包覆的PCL/SF纳米纤维支架（左）和SNS（右）的数码照片；(g)纳米纤维支架的SEM图像；(h)SNS形成纳米纤维簇的SEM图像（左，中）和SNS的荧光双染色图像（右）；(i)凝血酶和PCL/SF纳米纤维表面上的纤维蛋白原之间形成SNS的反应机理以及成纤维细胞的迁移。

SNS的应用。(a)早期保护和组织再生的示意图；(b)两组SNS和PP网孔中的新生组织和裸露的肠道的梅森染色（红色边框表示受伤区域，黑色边框表示SNS或PP网状覆盖区域）；(c)SNS组(上)和PP网状组(下)中的裸露肠道（红色边框表示SNS或PP网状覆盖区域）；(d)SNS和(e)PP网处理的腹壁缺损的H＆E染色和Sirius红染色：新生血管（红色箭头标记）（左）；新生组织（中）和胶原（右）中的新组织结构。腹壁缺损的再生组织中的(f)IL-6和(g)TNF-α的免疫荧光染色分别植入了人工皮肤和PP网。比例尺：100 µm。

再生皮肤上长出毛囊

“在实验中，我们发现了新生组织、肉芽、新生血管，同时伤口也慢慢收缩，这表明皮肤组织修复的过程已经完成。这主要是由于我们形成的纤维蛋白凝胶粘合剂具有抗菌抗感染的作用，并且能促进新生血管的形成，这有利于为皮肤组织运送营养物质。”前述论文共同第一作者、南京医科大学硕士研究生余加飞说。

在接下来的实验中，研究团队还发现再生的皮肤上长出毛囊。“这表明新生皮肤的最终形成。”余加飞介绍，毛囊是皮肤的重要附属器官，当表皮全层缺损时，机体修复时常由无毛囊结构结缔组织来填补，使之失去原有组织的结构和功能，形成不完全性病理性再生。而毛囊的再生，证明形成了与皮肤组织具有同样结构和功能的再生组织，实现了表皮的完美再生。

“活体研究表明，我们的人造皮肤材料能成功修复大鼠腹部的大面积皮肤缺损，表明人造皮肤材料可以迅速修复大面积腹壁缺损并促进伤口组织再生。”陈苏表示，该研究为大规模皮肤再生提供了一种简便的途径，它在腹壁缺损修复等领域将显示出广阔的应用前景。