基于氧化石墨烯纳米复合膜的智能化释药体系的构建与其治疗创伤作用的体内外研究

Background: Wound therapy remains a clinical challenge and much effort has been focused on the development of novel therapeutic approaches for wound management. Moreover, impaired skin peripheral nervous system accompanied with the wound results in delayed healing and a series of complications, such as deformity, diminished function, less mobility. Purposes: The objective of this study is to construct a smart drug delivery system (smart DDS) that sequent delivers the chemokine protein mobilizing the stem cells, and then releases the function bFGF gene/vector complexes responsively to MMP-2 secreted by the migrated stem cells. Consequently, the released bFGF gene complexes will transfect the migrated stem cells and secrete the target protein (bFGF protein) at the topical site, which will induce the neural differentiation of stem cells for skin peripheral nerve system regeneration. Methods: Briefly, graphene oxide substrate modified with PEG or peptide (MMP-2 responsive) will be used to incorporate the chemokine protein and gene/vector complexes, respectively. With the electrostatic self-assembly technology, a smart DDS will be constructed by compacting the protein and gene loaded substrates layer by layer. Upon the in vitro characterization and bioassay, the therapeutic effects and the mechanism of the smart DDS for the wound repair and peripheral nerve system regeneration in rats will be investigated. Significance: Results of this study are expected to provide the reference for the design and construction of novel carrier system for protein and/or gene delivery in wound therapy.

研制能够加速皮肤创面愈合，并促进创伤局部神经再生对于实现创伤皮肤在结构和功能上的双重修复有着重要意义。传统制剂，如化学抗菌剂和物理敷料，由于远远不能满足临床治疗需要，已经逐渐成为创伤的辅助治疗产品。而目前临床主要运用的移植皮肤面临资源缺乏、损伤大、易引发免疫排斥反应、细胞移植后成活率下降等问题。本研究以功能化的氧化石墨烯为载体，携载蛋白与基因载体复合物，并通过静电自组装技术，将氧化石墨烯-蛋白层，与氧化石墨烯-基因层进行层层组装，构建智能化释药体系。对智能化体系携载蛋白、基因的能力，顺序释放趋化蛋白与基因载体复合物的规律进行制剂学表征与优化。采用干细胞模型，对智能化释药体系释放趋化蛋白诱导干细胞迁移、响应性释放基因对干细胞进行转染和诱导分化的生物活性进行评价。在此基础上，将智能化释药体系应用于创伤局部，对智能化释药体系加速创伤修复与创面神经再生的效能与机制进行评价和解析。本项目的实施将为氧化石墨烯纳米新材料在药物传输中的应用提供科学借鉴与技术积累，也将为临床创伤组织修复与再生的治疗提供新的纳米制剂。

研制能够加速皮肤创面愈合，并促进创伤局部神经再生对于实现创伤皮肤在结构和功能上的双重修复有着重要意义。传统制剂，如化学抗菌剂和物理敷料，由于远远不能满足临床治疗需要，已经逐渐成为创伤的辅助治疗产品。而目前临床主要运用的移植皮肤面临资源缺乏、损伤大、易引发免疫排斥反应、细胞移植后成活率下降等问题。氧化石墨烯作为一种独特、超薄的新型纳米材料，其在药物输送中的应用已经引起了高度的关注。本研究以功能化的氧化石墨烯为载体，携载蛋白与基因载体复合物，并通过层层自组装技术，将氧化石墨烯-蛋白层，与氧化石墨烯-基因层进行层层组装，构建智能化释药体系。对智能化体系携载蛋白、基因的能力，顺序释放趋化蛋白与基因载体复合物的规律进行制剂学表征与优化。采用干细胞模型，对智能化释药体系释放趋化蛋白诱导干细胞迁移、响应性释放基因对干细胞进行转染和诱导分化的生物活性进行评价。在此基础上，将智能化释药体系应用于创伤局部，对智能化释药体系加速创伤修复与创面神经再生的效能与机制进行评价和解析。所构建的新型仿生制剂表现了优异的生物相容性，出色的蛋白与基因携载与智能释放能力，不仅促进了创伤组织的快速愈合与修复，而且在17天的时间内促进了神经的快速再生。本项目的实施不仅为氧化石墨烯纳米新材料在药物传输中的应用提供科学借鉴与技术积累，也为临床创伤组织修复与再生的治疗提供了新型仿生制剂。