2.4.1. 冻融处理的dECM对局部生物相容性、生物降解性和整合能力的影响

异物反应(FBR)即异物巨细胞(FBGCs)和纤维化的形成,会限制植入物的功能甚至导致最终失败[[71],[72],[73]]。将材料植入大鼠的皮下,并在植入后的7、14和28天进行组织学分析以评估异物反应(图6A)。组织学染色显示dECM周围有一条炎症反应带,表明对生物材料的异物反应较轻(图6B和图S12,支持信息)。在第7天,观察到少量的FBGCs在dECM与周围之间的界面上(图6D)。三组之间的整合率没有显著差异(图6E)。第14天,观察到较少的FBGCs,且F/T 3的囊壁厚度最薄,表明局部组织中的异物反应较轻(图6C,G)。炎症反应评分表明,这些dECM的生物相容性优于对照组(图6F,表S1,支持信息)。 F/T 3的降解速率最慢,这可能部分地解释了其降解时间的延长,根据目前的认识,FBGCs可以通过吞噬作用降解基于胶原蛋白的生物材料(图6B)[74]。非交联的dECM通常在第14天开始解体,并在一个月内几乎完全降解,这与先前的结果一致[74,75]。胶原蛋白基生物材料的主要缺点是力学性能差和快速生物降解[76]。冻融处理改善了dECM的降解同时改善了其力学性能。

2.4.2. 冻融处理的dECM调控巨噬细胞极化的能力

如前所述,通过调节dECM的力学特性可以调节巨噬细胞的极化[62]。为了验证巨噬细胞对dECM的影响,对植入控制组、F/T 3组和F/T 7组的大鼠背部皮肤进行了免疫组织化学染色,分别在第7天和第14天进行观察(图7A和B)。结果显示,在所有三组中都观察到CD68+巨噬细胞的浸润,主要CD68+巨噬细胞分布在dECM和软组织的交界处(图S14,支持信息)。免疫组织化学染色的定量分析表明,在第7天,F/T 3组平滑表面上的M1巨噬细胞(iNOS+)较少,而在第7天和第14天,F/T 3组的M2巨噬细胞(CD163+和/或CD206+)较多,与对照组相比[8]。

通过反转录-定量聚合酶链式反应(RT-qPCR),验证了dECM诱导巨噬细胞极化的能力(图7E)。将dECM与巨噬细胞共培养24小时后,与对照组相比,F/T 7组的dECM显著降低了M1型巨噬细胞标记基因CD86、CD11c和TNFα的表达,而F/T 3组的dECM显著提高了M2型巨噬细胞标记基因CD163、CD206和ARG的表达。这些结果验证了在体内观察到的F/T 3可以诱导抗炎巨噬细胞表型。因此,可以推断冻融处理可能赋予dECM诱导M2型巨噬细胞极化的能力。

2.5. 冻融处理的dECM加速大鼠创伤愈合

为了评估创伤愈合的进程,将控制组、F/T 3组和F/T 7组的dECM支架植入斯普鲁格-道利(SD)大鼠创伤愈合模型(图8A)。根据宏观创口闭合情况评估创伤愈合速度(图8B和C)。相对创伤面积的定量分析表明,与对照组相比,冻融处理的dECM在全厚度皮肤再生中具有显著的效果,其中F/T 3组的创伤闭合率最高(图8D)。

第5天,dECM与正常组织之间的界限明显,上皮舌附着在dECM上(图8F)。第10天,F/T 3组和F/T 7组的创伤完全上皮化,dECM与正常组织融合。第15天,F/T 3组的创伤几乎愈合,真皮层再生,皮肤中发育出新生毛囊。相比之下,对照组和F/T 7组中观察到的新生毛囊和腺体较少。F/T 3组的缝隙宽度显著较短,可能是由于抗炎微环境(图8E)[[77],[78],[79]]。特别是,大鼠皮肤的固有创伤收缩只能促进表皮闭合,而不利于真皮的成熟,这表明这些新生组织得益于冻融处理的dECM [77]。此外,马尔维辛三色染色在第15天进行,以进一步区分dECM与再生组织(图8G)。值得注意的是,dECM并未完全降解,位于再生组织下方,说明经过三次冻融循环处理的dECM能够促进软组织再生,而不仅仅是作为一个创伤敷料。此外,还在SD大鼠20mm创伤模型中评估了带或不带dECM的F/T 3组的创伤愈合速度,结果显示dECM确实促进了早期创伤闭合(图S15,支持信息)。遗憾的是,硅胶环在三天内破裂,没有dECM的创伤显示明显的收缩,导致闭合速度更快。

与其他组的dECM相比,经过三次冻融循环处理的dECM在宏观尺度上具有更高的抗拉模量,约为6 MPa。与此同时,其在微尺度上的抗拉模量仍然是三个测试组中最高的,达到约0.4 MPa的水平。此外,F/T 3的纳米力学性能约为1 MPa,与F/T 7相当。近年来,越来越多的证据表明,

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