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含银黏性水凝胶的制备及其在小鼠细菌定植全层皮肤缺损创面愈合中的作用

董云青 李琳琳 朱宣儒 冯龙宝 贾柯瑶 郭瑞 程飚

董云青, 李琳琳, 朱宣儒, 等. 含银黏性水凝胶的制备及其在小鼠细菌定植全层皮肤缺损创面愈合中的作用[J]. 中华烧伤杂志, 2021, 37(11): 1036-1047. DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20210906-00304.
引用本文: 董云青, 李琳琳, 朱宣儒, 等. 含银黏性水凝胶的制备及其在小鼠细菌定植全层皮肤缺损创面愈合中的作用[J]. 中华烧伤杂志, 2021, 37(11): 1036-1047. DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20210906-00304.
Dong YQ,Li LL,Zhu XR,et al.Preparation and roles of sliver-loaded viscous hydrogel in healing of full-thickness skin defect wounds with bacterial colonization in mice[J].Chin J Burns,2021,37(11):1036-1047.DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20210906-00304.
Citation: Dong YQ,Li LL,Zhu XR,et al.Preparation and roles of sliver-loaded viscous hydrogel in healing of full-thickness skin defect wounds with bacterial colonization in mice[J].Chin J Burns,2021,37(11):1036-1047.DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20210906-00304.

含银黏性水凝胶的制备及其在小鼠细菌定植全层皮肤缺损创面愈合中的作用

doi: 10.3760/cma.j.cn501120-20210906-00304
基金项目: 

国家重点研发计划 2017YFC1103301

军事医学创新工程专项 18CXZ029

详细信息
    通讯作者:

    程飚,Email:chengbiaocheng@163.com

Preparation and roles of sliver-loaded viscous hydrogel in healing of full-thickness skin defect wounds with bacterial colonization in mice

Funds: 

National Key Research and Development Plan of China 2017YFC1103301

Military Medical Innovation Special Project 18CXZ029

More Information
    Corresponding author: Cheng Biao, Email: chengbiaocheng@163.com
  • 摘要:   目的  制备负载银粒子的改性透明质酸黏性水凝胶,探讨其在小鼠细菌定植全层皮肤缺损创面愈合中的作用及可能的机制。  方法  采用实验研究方法。制备多巴胺修饰的透明质酸(HA-DA)和苯硼酸修饰的透明质酸(HA-PBA),傅里叶变换红外光谱检测其特征峰。在HA-DA和HA-PBA中加入不同质量的丙烯酰胺,制备质量分数为10%、15%、20%丙烯酰胺的黏性水凝胶。观察含质量分数20%丙烯酰胺的黏性水凝胶在37 ℃下倾斜状态和倒立状态的成胶情况,旋转流变仪检测前述3种黏性水凝胶的储存模量和损耗模量。在含质量分数20%丙烯酰胺的黏性水凝胶中加入纳米银离子,制备含银黏性水凝胶,采用电感耦合等离子体质谱仪测量含银黏性水凝胶释放的银离子浓度,并计算累计银离子释放率(样本数为5)。取小鼠成纤维细胞L929,分为磷酸盐缓冲液(PBS)组、黏性水凝胶组及含银黏性水凝胶组并进行相应处理,采用细胞计数试剂盒8法检测培养1、2、3 d细胞存活情况(样本数为5)。取24只6~8周龄雄性C57BL/6小鼠,在其背部建立48个接种大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌混合悬液的全层皮肤缺损创面模型,每只小鼠2个创面。将创面分成生理盐水组、黏性水凝胶组、含银黏性水凝胶组并进行相应处理,每组16个创面,且每只小鼠的2个创面纳入不同组。伤后3、7、10、14 d,观察创面愈合情况并计算创面愈合率;伤后3 d,观察并计数创面中大肠埃希菌及金黄色葡萄球菌菌落数;伤后14 d,行苏木精-伊红染色和Masson染色分别观察并分析创面上皮化的表皮厚度和胶原纤维的光密度;伤后3、7、10 d,采用免疫组织化学法检测创面中肿瘤坏死因子α(TNF-α)、转化生长因子β1(TGF-β1)及血管内皮生长因子(VEGF)的表达。 各指标各时间点创面数均为4个。对数据进行析因设计方差分析、单因素方差分析及Bonferroni校正。  结果  HA-PBA在波数为1 369、1 425 cm-1处检测到特征峰,表明苯硼酸成功接枝到透明质酸上;HA-DA在波数为1 516、1 431 cm-1处检测到特征峰,表明多巴胺已成功接枝到透明质酸上。含质量分数20%丙烯酰胺的黏性水凝胶在37 ℃下,无论是倾斜还是倒立时都保持稳定不流动的凝胶状态。随着丙烯酰胺含量的增加,黏性水凝胶储存模量和损耗模量均有所增加,但3种不同丙烯酰胺含量黏性水凝胶的储存模量和损耗模量随振荡频率或时间的增加变化不明显且储存模量均大于损耗模量。含银黏性水凝胶中银离子释放长达7 d,累计银离子释放率最高达65%。培养1、2、3 d,含银黏性水凝胶组细胞存活率明显低于PBS组和黏性水凝胶组(P<0.05或P<0.01);培养1 d,黏性水凝胶组细胞存活率明显低于PBS组(P<0.01)。随着伤后时间的延长,3组小鼠创面均不断缩小。伤后3、7、10、14 d,含银黏性水凝胶组创面愈合率分别为(53.0±3.6)%、(75.3±6.9)%、(93.3±1.2)%、(96.7±0.8)%,明显高于生理盐水组的(21.8±6.4)%、(53.9±8.2)%、(72.0±7.8)%、(92.5±0.4)%(P<0.01)。伤后3、14 d,含银黏性水凝胶组创面愈合率明显高于黏性水凝胶组的(43.5±2.4)%、(94.1±1.5)%(P<0.05);伤后3、10 d,黏性水凝胶组创面愈合率明显高于生理盐水组(P<0.01)。伤后3 d,含银黏性水凝胶组创面中2种细菌菌落数明显少于生理盐水组及黏性水凝胶组(P<0.01),黏性水凝胶组创面中2种细菌菌落数明显少于生理盐水组(P<0.05)。伤后14 d,含银黏性水凝胶组创面基本上皮化且表皮厚度更厚,胶原蛋白含量较其他2组明显增多且胶原排列更加有序;含银黏性水凝胶组创面的表皮厚度较其余2组明显增加(P<0.05),胶原纤维光密度较生理盐水组明显增加(P<0.05)。伤后3 d,含银黏性水凝胶组创面TGF-β1和VEGF的表达明显高于生理盐水组(P<0.05或P<0.01),黏性水凝胶组创面VEGF的表达明显高于生理盐水组(P<0.01)。伤后7 d,含银黏性水凝胶组创面TGF-β1的表达明显高于其余2组(P<0.01),VEGF的表达明显高于生理盐水组(P<0.01)。伤后10 d,含银黏性水凝胶组创面TNF-α的表达明显低于生理盐水组(P<0.05),TGF-β1和VEGF的表达明显高于生理盐水组(P<0.05或P<0.01),且VEGF的表达明显高于黏性水凝胶组(P<0.05)。  结论  本研究制备的含银黏性水凝胶具有良好的稳定性和弹性,可以持续释放银离子,有助于加速小鼠细菌定植全层皮肤缺损创面的愈合,生物毒性较低,可以促进创面再上皮化、胶原沉积和血管再生,可能涉及炎症细胞的浸润与消退。

     

  • 1  HA-DA和HA-PBA的红外光谱图显示苯硼酸、多巴胺已成功接到透明质酸上

    注:黑色线为透明质酸,红色线为多巴胺,黄色线为苯硼酸,蓝色线为多巴胺修饰的透明质酸(HA-DA),绿色线为苯硼酸修饰的透明质酸(HA-PBA);HA-PBA光谱图上2个箭头分别表示在波数为1 369、1 425 cm-1附近出现归因于B-O键和芳香化合物C-C键的特征峰,HA-DA光谱图上2个箭头分别表示在波数为1 516、1 431 cm-1附近出现归因于芳香化合物C-C键的特征峰

    2  黏性水凝胶在37 ℃倾斜和倒立时都能保持稳定不流动的凝胶状态。2A.倾斜时;2B.倒立时

    3  3种不同丙烯酰胺含量黏性水凝胶的储存模量和损耗模量。3A.储存模量和损耗模量随振荡频率变化不明显;3B.储存模量和损耗模量随时间变化不明显

    注:该图为经过lg处理的数据形成的描记图;坐标轴数据为未经lg处理的原始数据;黑色、绿色、浅蓝色分别为含质量分数10%、15%、20%丙烯酰胺黏性水凝胶的储存模量;红色、深蓝色、紫色分别为含质量分数10%、15%、20%丙烯酰胺黏性水凝胶的损耗模量

    4  含银黏性水凝胶中银离子持续释放长达7 d(x¯±s,样本数为5)

    5  3组小鼠伤后各时间点全层皮肤缺损创面愈合情况。5A、5B、5C、5D.分别为生理盐水组伤后3、7、10、14 d创面情况,创面逐渐缩小;5E、5F、5G、5H.分别为黏性水凝胶组伤后3、7、10、14 d创面情况,图5E、5F、5G、5H中创面分别较图5A、5B、5C、5D有所缩小;5I、5J、5K、5L.分别为含银黏性水凝胶组伤后3、7、10、14 d创面情况,图5I、5J、5K、5L中创面分别较图5E、5F、5G、5H有所缩小,较图5A、5B、5C、5D明显缩小

    6  3组小鼠伤后3 d全层皮肤缺损创面中金黄色葡萄球菌及大肠埃希菌菌落分布情况。6A、6B、6C.分别为生理盐水组、黏性水凝胶组、含银黏性水凝胶组金黄色葡萄球菌菌落情况,图6B中细菌菌落数较图6A中明显减少,图6C中细菌菌落数较图6A、6B明显减少;6D、6E、6F.分别为生理盐水组、黏性水凝胶组、含银黏性水凝胶组大肠埃希菌菌落情况,图6E中细菌菌落数较图6D明显减少,图6F中细菌菌落数较图6D、6E明显减少

    7  3组小鼠伤后14 d全层皮肤缺损创面表皮厚度和胶原生成情况观察。7A、7B、7C.分别为生理盐水组、黏性水凝胶组、含银黏性水凝胶组表皮厚度,图7A部分上皮化且上皮化后表皮较薄,图7B、7C基本上皮化,但图7C表皮较图7B厚 苏木精-伊红×100;7D、7E、7F.分别为生理盐水组、黏性水凝胶组、含银黏性水凝胶组胶原生成情况,图7D胶原蛋白含量较少且胶原排列紊乱,图7E中胶原蛋白含量较图7D增多但排列仍较紊乱,图7F胶原蛋白含量较图7E增多且排列有序 Masson×200

    8  3组小鼠伤后各时间点全层皮肤缺损创面肿瘤坏死因子α(TNF-α)的阳性(棕色)表达 二氨基联苯胺-苏木精×400。8A、8B、8C.分别为生理盐水组伤后3、7、10 d TNF-α表达;8D、8E、8F.分别为黏性水凝胶组伤后3、7、10 d TNF-α表达,分别与图8A、8B、8C相近;8G、8H、8I.分别为含银黏性水凝胶组伤后3、7、10 d TNF-α表达,仅图8I中TNF-α表达明显低于图8C

    9  3组小鼠伤后各时间点全层皮肤缺损创面转化生长因子β1(TGF-β1)的阳性(棕色)表达 二氨基联苯胺-苏木精×400。9A、9B、9C.分别为生理盐水组伤后3、7、10 d TGF-β1表达;9D、9E、9F.分别为黏性水凝胶组伤后3、7、10 d TGF-β1表达;9G、9H、9I.分别为含银黏性水凝胶组伤后3、7、10 d TGF-β1表达,明显高于图9A、9B、9C,图9H中TGF-β1表达明显高于图9E

    10  3组小鼠伤后各时间点全层皮肤缺损创面血管内皮生长因子(VEGF)的阳性(棕色)表达 二氨基联苯胺-苏木精×400。10A、10B、10C.分别为生理盐水组伤后3、7、10 d VEGF表达;10D、10E、10F.分别为黏性水凝胶组伤后3、7、10 d VEGF表达,仅图10D中VEGF表达较图10A明显增加;10G、10H、10I.分别为含银黏性水凝胶组伤后3、7、10 d VEGF表达,分别较图10A、10B、10C明显增加,且图10I较图10F中VEGF表达明显增加

    表1  3组小鼠成纤维细胞L929培养各时间点存活率比较(%,x¯±s

    组别样本数1 d2 d3 d
    PBS组1597.2±1.196.3±0.896.0±2.4
    黏性水凝胶组1593.5±1.3a93.7±2.393.7±2.1
    含银黏性水凝胶组1584.5±1.4ab87.3±2.7ab89.0±2.4ac
    F125.55324.80712.084
    P<0.01<0.01<0.01
    注:各组各时间点样本数为5;PBS为磷酸盐缓冲液;处理因素主效应,F=95.869,P<0.01;时间因素主效应,F=1.310,P>0.05;两者交互作用,F=2.971,P>0.05;与PBS组比较,aP<0.01;与黏性水凝胶组比较,bP<0.01,cP<0.05
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    表2  3组小鼠伤后各时间点全层皮肤缺损创面愈合率比较(%,x¯±s

    组别创面数(个)3 d7 d10 d14 d
    生理盐水组421.8±6.453.9±8.272.0±7.892.5±0.4
    黏性水凝胶组443.5±2.4a66.9±3.688.3±2.2a94.1±1.5
    含银黏性水凝胶组453.0±3.6ab75.3±6.9a93.3±1.2a96.7±0.8ab
    F51.10710.84122.30317.740
    P<0.01<0.01<0.01<0.01
    注:处理因素主效应,F=73.626,P<0.01;时间因素主效应,F=328.066,P<0.01;两者交互作用,F=6.461,P<0.01;与生理盐水组比较,aP<0.01;与黏性水凝胶组比较,bP<0.05
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    表3  3组小鼠伤后3 d全层皮肤缺损创面大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌菌落数比较(CFU/mL,x¯±s

    组别创面数(个)金黄色葡萄球菌大肠埃希菌
    生理盐水组4(3.1±0.7)×108(7.3±0.7)×105
    黏性水凝胶组4(2.0±0.4)×108 a(6.1±0.5)×105 a
    含银黏性水凝胶组4(3.0±0.4)×104 bc(9.0±1.3)×102 bc
    F39.881255.464
    P<0.01<0.01
    注:CFU为集落形成单位;与生理盐水组比较,aP<0.05,bP<0.01;与黏性水凝胶组比较,cP<0.01
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    表4  3组小鼠伤后14 d全层皮肤缺损创面表皮厚度和胶原纤维光密度比较(x¯±s

    组别创面数(个)表皮厚度(μm)胶原纤维光密度
    生理盐水组438±50.261±0.011
    黏性水凝胶组441±130.281±0.012
    含银黏性水凝胶组473±18ab0.289±0.008a
    F8.8757.923
    P<0.01<0.05
    注:与生理盐水组比较,aP<0.05;与黏性水凝胶组比较,bP<0.05
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    表5  3组小鼠全层皮肤缺损创面伤后各时间点3种细胞因子的表达(x¯±s

    组别与时间点创面数(个)TNF-αTGF-β1VEGF
    生理盐水组12
    伤后3 d0.271±0.0170.215±0.0100.191±0.009
    伤后7 d0.254±0.0060.235±0.0110.221±0.007
    伤后10 d0.239±0.0120.281±0.0160.260±0.025
    黏性水凝胶组12
    伤后3 d0.275±0.0170.229±0.0070.225±0.005b
    伤后7 d0.245±0.0140.253±0.0050.243±0.016
    伤后10 d0.223±0.0150.291±0.0120.290±0.014
    含银黏性水凝胶组12
    伤后3 d0.302±0.0210.234±0.010a0.238±0.009b
    伤后7 d0.237±0.0150.287±0.013bc0.263±0.014b
    伤后10 d0.206±0.014a0.316±0.013a0.341±0.016bd
    F13.5814.68037.686
    P1>0.05<0.05<0.01
    F22.01825.25110.693
    P2>0.05<0.01<0.01
    F35.8846.55118.302
    P3<0.05<0.05<0.01
    注:各组各时间点样本数均为4;肿瘤坏死因子α(TNF-α)、转化生长因子β1(TGF-β1)及血管内皮生长因子(VEGF)处理因素主效应,F=0.843、29.080、48.415,P>0.05、P<0.01、P<0.01;时间因素主效应,F=48.664、114.758、98.790,P<0.01、P<0.01、P<0.01;两者交互作用,F=5.381、2.550、3.057,P>0.05、P<0.01、P<0.05;F1值、P1值,F2值、P2值,F3值、P3值分别为3组伤后3、7、10 d各指标总体比较所得;与生理盐水组相同时间点比较,aP<0.05,bP<0.01;与黏性水凝胶组相同时间点比较,cP<0.01,dP<0.05
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  • 收稿日期:  2021-09-06

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