请用地道、专业、书面化、具有强逻辑性的中文表达如下内容:1 IntroductionWound healing is a complex process mediated by cellular and molecular interactions Impaired wound healing may lead to functional disorders and aesthetic compl
- 引言
创伤愈合是一种由细胞和分子相互作用介导的复杂过程。受损的创伤愈合可能导致功能障碍和美容并发症,降低患者的生活质量并增加全球疾病负担[1]。去细胞外基质(dECM)具有广泛的生物来源、良好的生物相容性和生物可降解性。它保留了组织环境的原始三维生物结构,成为多种组织再生的主流临床工具(图S1,支持信息)[[2],[3],[4],[5]]。尽管其应用广泛,但研究表明,尤其是在糖尿病患者中,dECM的创伤愈合、再上皮化和阑尾再生效果仍然不尽如人意[6,7]。此外,随着对功能组织再生的需求不断增加,dECM研究的目标已经从实现完全去细胞化发展到通过保留其固有的物理化学线索和生物信号来维持优越的生物活性。
免疫微环境影响着创伤愈合过程中的许多生理过程,如血管生成、再上皮化和组织重塑。巨噬细胞作为免疫微环境的关键调节者,在创伤愈合中广泛参与,并在表型和功能变化中发挥关键作用[8,9]。M1型巨噬细胞通过释放促炎细胞因子发挥促炎作用,以对抗感染和清除垂死中性粒细胞;然而,长期的炎症可能延迟愈合过程。与此同时,M2型巨噬细胞通过解决炎症、分泌生长因子和招募上皮细胞、成纤维细胞和内皮细胞来促进组织再生,加速创伤愈合[10,11]。积极调节巨噬细胞的极化对于促进软组织再生具有很大的前景[12,13]。
鉴于巨噬细胞在决定可植入生物材料临床结果方面的关键作用,设计用于调节巨噬细胞极化的免疫调节生物材料在组织工程领域引起了广泛关注。提出了几种赋予传统dECM调节巨噬细胞表型能力的策略。例如,刺激因子的加入是研究的热点之一。然而,它有几个局限性,包括复杂的制备过程、高昂的成本、短暂的作用时间和潜在的临床安全风险[14,15]。复合材料提供了另一种选择,但通常与降低的生物相容性和破坏原始结构相关[6,16]。目前仍然很难在保留其原始结构的同时赋予dECM良好的免疫调节能力。
巨噬细胞可以感知多种微环境信号,如机械信号可以调节巨噬细胞极化[17]。简单来说,低弹性模量(11 kPa和88 kPa)会诱导巨噬细胞向M1表型极化,而中等弹性模量(0.3 MPa)会促进M2表型[18]。Atcha等发现,在更硬(20和280 kPa)的聚丙烯酰胺凝胶上培养的巨噬细胞分泌更多的炎症细胞因子,并形成更多的多核巨噬细胞,而在较软(1 kPa)的聚丙烯酰胺凝胶上培养的细胞则不然[19]。这些研究结果表明,通过调节生物材料固有的力学特性可以调节巨噬细胞。然而,我们对机械免疫学的理解仍处于起步阶段[20]。例如,在响应可植入生物材料的巨噬细胞的体内研究仍然很少[19,21]。
循环冻融是实现细胞外基质(ECM)去细胞化的最早物理尝试之一[22]。至今,它仍然被广泛用作制备dECM用于生物医学应用的一种经济有效的方法[23,24]。然而,最近的研究报告称,广泛的循环冻融过程可能导致更严重的免疫反应,并损害dECM的生物性能[25]。这与传统观点认为通过更多的循环冻融处理来彻底去细胞化可以减轻dECM引起的免疫反应的观点相矛盾[26]。事实上,冻融过程中的冰形成和间质液体传输可以逐渐改变胶原在分子和纤维水平的微结构,从而导致支架的弹性模量改变[6,[27],[28],[29],[30]]。然而,这些结构和力学变化对宿主组织反应以及潜在机制的影响仍不清楚。因此,有必要进一步探索宿主免疫系统与分子水平(纳米力学性能)、细胞水平(微米力学性能)和器官水平(宏观力学性能)之间的相互作用[31]。
在本文中,我们介绍了一种可调节机械性能的dECM和一种基于力学免疫调节的策略,可以加速创伤愈合。首先,我们使用多种表征方法系统地调查了dECM在多个长度尺度上的力学性能。此外,我们还研究了新型dECM的生物相容性、生物降解性和免疫调节性能。重要的是,我们揭示了机械转导在调节巨噬细胞极化中的核心作用,并证明了可调节机械性能的dECM在促进大鼠全层创伤愈合方面的功效。因此,我们的研究结果为创伤愈合生物材料的开发提供了一种高效且有效的方法
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