摘要：缝合线是术后闭合受损组织和辅助伤口愈合的必备医疗器械，而糖尿病患者的伤口自我修复能力远低于普通患者，因此缝合线在糖尿病患者伤口愈合过程中的影响将会更加突出。然而，目前常用的手术缝合线生物功能性严重不足，更加糟糕的是目前临床上缺乏专门针对糖尿病患者难愈合伤口的手
青岛大学吴韶华教授&华山医院张立助理研究员：可吸收、高强、生物活性纳米纤维缝合线显著促进糖尿病慢性伤口愈合
缝合线是术后闭合受损组织和辅助伤口愈合的必备医疗器械，而糖尿病患者的伤口自我修复能力远低于普通患者，因此缝合线在糖尿病患者伤口愈合过程中的影响将会更加突出。然而，目前常用的手术缝合线生物功能性严重不足，更加糟糕的是目前临床上缺乏专门针对糖尿病患者难愈合伤口的手术缝合线。此外，传统缝合线的微米纤维结构与天然细胞外基质（ECM）的纳米纤维尺寸存在显著差异，不利于保持细胞活性和受损组织再生。因此，为改善慢性伤口愈合效果，开发具有仿生结构和丰富生物功能的先进手术缝合线，是当前医用材料领域亟待解决的问题。
近日，青岛大学纺织服装学院吴韶华教授团队联合复旦大学附属华山医院张立助理研究员在期刊《Biofabrication》发表了题为“Electrospun robust, biodegradable, bioactive, and nanostructured sutures to accelerate the chronic wound healing”的研究成果，论文第一作者为青岛大学纺织服装学院李怡然硕士研究生。研究团队通过自主研发的静电纺丝工艺结合热牵伸处理，成功开发出负载丹参葛根中药复合物（SRHC）的聚左旋乳酸（PLLA）纳米纤维缝合线。该缝合线不仅具备优异的力学性能和生物相容性，还能通过药物释放抑制炎症，促进血管生成、胶原沉积和毛囊再生，在糖尿病小鼠模型中显著缩短了伤口的愈合时间。
图1：缝合线的形貌与结构
研究过程中，根据SRHC的负载量，制备了三种缝合线，分别命名为未载药的PLLA、载药量为1%的1%SRHC/PLLA、载药量为5%的5%SRHC/PLLA。SEM图像显示PLLA、1%SRHC/PLLA和5%SRHC/PLLA三种纳米纤维缝合线具有相似的形态和结构，均为连续纤维，无珠状，形态均匀，可以大大提高操作性和患者的舒适度。三种缝合线中的纤维均沿缝合线轴向表现出较高的取向度，纤维直径分别为270.3±80.2 nm、265.3±42.5 nm、264.3±51.5 nm，与天然ECM胶原原纤维直径（50-500 nm）相近。
图2：缝合线的理化性能
红外光谱图显示两种载药缝合线在波长~1644cm-1处表现出轻微峰值增强，与葛根素和丹参中的C=O和C=C相对应。XRD结果表明三种敷料均在~16.5°出现衍射峰，对应α’型晶体中的（110）/（200）平面。PLLA材料具有一定疏水性，添加SRHC药物后对缝合线亲水性没有显著影响。此外，由于PLLA在温和条件下降解速率较低，三种缝合线在经过体外降解21天后质量没有发生明显变化。其中，受到药物释放作用影响，两种载药缝合线的质量下降较多。通过DPPH抗氧化活性实验发现，随着载药浓度提高，缝合线对DPPH自由基的清除率显著提升，同时样品浸出液浓度越高，DPPH自由基清除率也越高。
图3：缝合线的力学性能
三种PLLA纳米纤维缝合线表现出相似的拉伸力学行为，即所有缝合线均在线性弹性区后经屈服点进入增强区，最后断裂。经测试，相比于PLLA缝合线的各项力学参数（断裂载荷为2.6±0.21 N、断裂强度为34.5±2.9 MPa、初始模量为1260.9±150.8 MPa、断裂伸长率为32.3±11.4%），额外添加的SRHC并未对缝合线力学性能的造成显著影响，其中1%和5%载药浓度的PLLA纳米纤维缝合线的断裂载荷保持在2.6±0.3 N 和2.6±0.2 N，断裂强度分别为39.0±4.0 MPa和38.4±3.0 MPa，初始模量达到了1433.8±344.2 MPa和1547.3±365.5 MPa，断裂伸长率分别为27.7±4.9%和27.6±2.7%。缝合线打结测试结果表明，打结断裂强力比普通拉伸断裂强力降低了26.9%~30.8%，断裂强度降低27.2%~30.3%。打结后的初始模量没有显著减小，最大断裂伸长率降至17.6±3.3%、18.2±1.5%、17.2±2.6%。
图4：体外细胞迁移实验结果表征
首先利用噻唑蓝（MTT）染色来观察人真皮成纤维细胞（HDFs）在缝合线上的迁移轨迹。将未载药的PLLA纳米纤维缝合线紧密排列制成高纬密长条织物，随后将HDFs种在织物一端5 mm的限定范围内，正常培养14天，并记录细胞迁移过程。在两周的培养过程中，沿着PLLA纳米纤维缝合线的紫色轨迹可以延长到约20 mm。此外，细胞划痕实验也证明了SRHC对细胞迁移的良好引导功能。在5%SRHC/PLLA缝合线浸出液中培养的细胞划痕在12 h后几乎消失，而其他组仍有明显的间隙。
图5：体外细胞毒性和抗炎性能
将HDFs种植在三种PLLA纳米纤维缝合线表面，共培养3天后对细胞骨架（绿色）和细胞核（蓝色）进行染色，观察细胞形态。三组缝合线表面均匀粘附有大量呈现出梭形状态的细胞，细胞骨架为高度伸展的丝状，而且细胞伸展方向与纳米纤维取向方向高度重合，表明了PLLA纳米纤维缝合线的微观结构可以有效地调节细胞的伸长排列。分别在第1天和第3天进行MTT测定，发现HDFs可在三种PLLA纳米纤维缝合线表面存活。培养至第3天时，三组细胞存活率均显著高于第1天，说明HDFs可以很好地粘附在三种缝合线表面并且进行正常细胞活动，而且SRHC的添加能够进一步为细胞生长增殖提供有利条件。
分别使用三种缝合线的浸出液培养脂多糖（LPS）激活的小鼠巨噬细胞，并收集上清液进行ELISA测试，发现对照组与未载药组炎症水平相似，而两个载药组中的促炎因子TNF-α和IL-6浓度显著下降，同时抗炎因子IL-10和IL-13表达水平明显升高。
图6：涤纶缝合线和三种纳米纤维缝合线处理的糖尿病小鼠创面愈合过程
连续记录的皮肤伤口照片显示，术后前3天，四组缝合线处理的伤口相似，均能观察到刀口痕迹和缝合材料。第6天时，三组PLLA纳米纤维缝合线大多降解脱落，伤口已经闭合，肉眼可见轻微线状疤痕。第12天，PLLA组疤痕对比上一时间节点无明显变化，1%SRHC/PLLA组伤口表面更加平滑，而5%SRHC/PLLA组组仅存缝合位点处疤痕，且可明显观察到白色新生毛发。相比之下，涤纶缝合线对照组在第12天伤口基本愈合，但留有明显的疤痕和不可降解的线材。
收集第12天糖尿病小鼠切口处的皮肤组织通过H&E和MT染色进行组织学分析。四组缝合线缝合的伤口均可观察到完整的表皮层，但只在1%SRHC/PLLA组和5%SRHC/PLLA组发现相对连续的真皮组织和毛囊分布，其中5%SRHC/PLLA组新生皮肤组织结构完整度和成熟度最高。在对照组中能够观察到大量炎症细胞，5%载药组的炎症细胞数量明显减少。在MT染色图像中，对照组、PLLA和1%SRHC/PLLA组中存在大量蓝色胶原纤维，其中对照组的胶原纤维排列混乱，纳米纤维纱线组中的胶原纤维排列方向更为有序，而5%SRHC/PLLA组中的胶原纤维排列更加整齐、成熟，新生组织结构趋近于正常状态。
图8：免疫荧光分析
Ki67是判断细胞分裂活跃程度的重要依据，通过对其染色标记（红色）可发现5%SRHC/PLLA组中的荧光面积和强度明显高于其他三组。借助半定量分析可知，相比于对照组的荧光强度，两个载药组的相对荧光强度分别达到了~1.9倍和~5.0倍，证明了载药PLLA纳米纤维缝合线能够有效促进细胞增殖，特别是当载药浓度达到5%时，细胞增殖速度大幅提升。
通过标记血管内皮细胞蛋白标记物CD31检测伤口组织部位的血管生成情况，发现对照组中几乎没有任何荧光反应，PLLA组和1%SRHC/PLLA组中可以观察到少量稀疏的CD31，而在5%SRHC/PLLA组中则存在更多的红色荧光标记位点。统计结果表明，5%SRHC/PLLA实验组的相对荧光强度为对照组的~2.1倍，说明5%SRHC/PLLA纳米纤维缝合线可以有效促进伤口处血管再生，从而缩短愈合时间。
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人物简介：
李怡然 青岛大学硕士研究生，主要研究方向为生物医用纺织品。入选2024年纺织硕士学位论文卓越行动计划，获2024年中国▪山东博士（后）创新创业大赛银奖、2024年山东省优秀毕业生、2023年硕士研究生国家奖学金。目前已在Acta Biomaterialia等国际期刊发表SCI论文14篇，其中以第一作者身份发表论文5篇、ESI高被引论文2篇、热点论文1篇，已授权或申请发明专利7项。
张立 华山医院皮肤科主治医师，助理研究员，入选上海市青年英才扬帆计划，主持国家自然科学基金青年项目1项。曾在JAMA Dermatology等国际权威期刊发表论文10余篇。
吴韶华 青岛大学纺织服装学院教授，非织造材料与工程系副系主任，山东省一流本科课程负责人，入选 2023年、2024年“全球前2%顶尖科学家”榜单，美国内布拉斯加大学医学中心博士后，山东省药学科学院在职博士后，美国康奈尔大学访问学者。目前已发表高水平SCI研究论文80余篇，其中以第一或者通讯作者发表中科院一区论文20余篇，ES I高被引论文13篇，热点文章7篇，H指数38。已授权国内外专利16项，其中应用到企业实现成果转化的发明专利4项（单项最高转化金额150万）。主持或参与各类科研项目20余项（主持项目单项最高金额300万），参编十四五部委级规划教材2部。担任棉纺织技术专题主编，Engineered Regeneration、Nanomaterials等杂志客座编辑，以及Progress in Materials Science、Advanced Functional Materials、Bioactive Materials等 80 余种 SCI 杂志的特约审稿人。连续多年被评为青岛大学优秀研究生指导老师，荣获2022年和2024年中国纺织优秀硕士学位论文指导老师，2023山东省优秀硕士学位论文指导老师等荣誉称号，荣获2024中国·山东博士（后）创新创业大赛银奖、中国纺织工业联合会科技进步二等奖、山东省科技进步二等奖、中国纺织之光教学成果特等奖等奖项。
来源：思想健康
