静电纺鱼胶原纳米纤维皮肤创面修复材料的研制、生物学效应及其机制探讨

The latent safety concerns and high cost of the mammals-derived collagen are the key problems urgent to be solved in the field of trauma and regenerative medicine nowadays. In this project, we innovatively proposed the ideas as follows, firstly, we planned to use abandoned Tilapia skin as a breakthrough point to fabricate three new types of skin wound healing materials made of electrospinning fish collagen, and to reveal the rule of pivotal factors such as thermal denaturation temperature, purity,composition of fish collagen and the structure and morphology of collagen membrane on regulating biological behavior of HaCaT cell. Sencondly, we planed to discover important roles of key functional proteins of TGF- β1/ERK-MAPK signaling pathway mediated by fish collagen in wound healing process, and systematically reveal the immunogenicity, antibacterial, biodegradability, biocompatibility and the safety of fish collagen membrane in order to illuminating the pathway and mechanism of tissue regeneration induced by fish collagen on different levels of histology, cytobiology and molecular biology. So in our project, we tries to solve a series of key scientific problems such as the preparation technology of fish collagen wound healing materials and study their biological effect, antibacterial effect, biocompatibility, tissue healing effect and wound healing mechanisms. This study will give a comprehensive assessment of its potential clinical application, fill the gaps at home and abroad in the field of research on fish collagen wound healing materials.Furthermore,it provides a safe and effective way to promote the functional reconstruction of skin defect in order to avoiding the risk of the mammals-derived collagen.

哺乳动物源性胶原可能存在的安全隐患以及成本价高是当今创伤与再生医学领域亟待解决的核心问题，本项目创新性地提出：以"废弃"的罗非鱼皮为切入点，构建三种新型的静电纺鱼胶原纳米纤维皮肤创面修复材料，揭示鱼胶原的热变性温度、纯度、组成及材料的结构形貌等因素调控人皮肤角质形成细胞生物学行为的规律；发现TGF-β1/ERK- MAPK信号传导通路中的关键功能蛋白在鱼胶原介导的创面修复中的作用，系统揭示鱼胶原膜的免疫原性、抗菌性、降解性、生物相容性和安全性，从整体、细胞和分子不同层面上，阐明其诱导组织再生的作用途径及其机制。最终试图解决鱼胶原创面修复材料的制备工艺与技术、生物学效应、抗菌效果、生物安全性、组织愈合能力及相关的修复机制等一系列关键的科学问题，全面评估其临床应用的潜能，填补国内外在鱼胶原创面修复研究领域的相关空白，为规避哺乳动物源性胶原的应用风险，促进皮肤缺损的功能性修复提供安全有效的途径。

皮肤和牙周组织缺损修复材料的研究一直是创伤与再生医学领域中重点发展的方向之一。本项目构建了仿生静电纺罗非鱼胶原、罗非鱼胶原/生物玻璃以及鱼胶原/生物玻璃/壳聚糖三种新型纳米纤维膜。探讨其理化性能、抗菌性、诱导组织再生的体内外生物学效应及其分子机制，为新一代皮肤和牙周组织缺损修复材料的研制、评价和应用提供科学依据。研究发现：（1）罗非鱼胶原具有良好的生物相容性，无明显的免疫原性及致敏性；（2）三种罗非鱼胶原纳米纤维膜都具有良好的热稳定性和亲水性。罗非鱼胶原/生物玻璃复合纳米纤维膜的力学强度为(21.87±0.21)Mpa，完全满足皮肤对力学强度的要求；(3)罗非鱼胶原纳米纤维膜和鱼胶原/生物玻璃复合纳米纤维膜能促进HaCaTs、HDFs和HUVECs的粘附和增殖，并激活TGF-β1/ERK1/2/MMP-9通路，促进HaCaTs中MMP-9和TGF-β1的表达，从而加速表皮细胞迁移。其中罗非鱼胶原纳米纤维膜还能促进HaCaTs分化相关基因(Involucrin、TGase1和Filaggrin)的表达；(4)罗非鱼胶原纳米纤维膜和鱼胶原/生物玻璃复合纳米纤维膜均能明显促进鼠背部皮肤伤口愈合；(5)罗非鱼胶原/生物玻璃/壳聚糖复合纳米纤维膜能促进HPDLCs的粘附、增殖和成骨相关基因(RUNX-2、OPN、OCN 和 ALP)的表达, 激活ERK1/2/RUNX-2/OPN 信号通路, 促进犬牙周组织缺损愈合；(6) 罗非鱼胶原/生物玻璃复合纳米纤维膜和罗非鱼胶原/生物玻璃/壳聚糖复合纳米纤维膜分别对金黄色葡萄球菌和变形链球菌具有一定的抑菌效果。本项目制备的三种新型静电纺罗非鱼胶原纳米纤维膜显示出良好的生物学活性、抗菌效果、生物安全性、促皮肤和牙周组织愈合能力，有效填补国内外在鱼胶原创面修复研究领域的相关空白，为规避哺乳动物源性胶原的应用风险，促进皮肤/牙周组织缺损的功能性修复提供安全有效的途径。