Advanced Therapeutics:静电纺丝纤维膜的“两面性”及其医学应用

静电纺丝纤维膜具有比表面积大、三维空间结构、孔径小、孔隙率高、连续性好等优点,在组织修复、药物载体和疾病治疗诊断等方面受到广泛关注。通过功能化改造或调整制备技术,可以实现静电纺丝纤维膜对生物过程促进或抑制的双面功能。因此,“因地制宜”地根据特定病理背景,更好地适应病理生理发生机制,实现真正意义的“精准调控”。

崔文国教授团队长期聚焦功能化静电纺微纳米纤维膜在骨科等领域应用。在促进组织生长方面:通过开发微溶胶静电纺丝、原位沉积功能活性物质、接枝生物生长因子等方式实现各类药物的负载,也构建取向性、多层、中空或双面纤维结构,调控纤维形貌,从而实现静电纺微纳米纤维膜对细胞粘附、生长、增殖和迁移的促进作用。在抑制组织生长方面:通过负载抗炎抗肿瘤药物、光热纳米颗粒、接枝免疫抗体等,也构建酸碱、温度、基质金属酶等环境响应释放性,从而实现静电纺纤维膜在预防肌腱粘连、抑制肿瘤生长复发、防止血栓形成和病原体抑制的生物医学应用。

近期,该课题组在Wiley出版集团推出的Advanced Therapeutics期刊发表了题为 “Two Sides of Electrospun Fiber in Promoting and Inhibiting Biomedical Processes”的综述论文(DOI:10.1002/adtp.202000096),系统总结阐述了静电纺丝纤维膜对组织生长促进或抑制的两面性功能及其医学应用。文章首先对静电纺丝的原理和设备工艺等方面进行了系统性描述,并着重阐述了构建功能化的多成分、形貌、结构和性能静电纺纳米纤维的工程方法。然后,详细讨论了功能化静电纺丝纤维的成分、二级结构(包括孔、空腔、核-壳结构等)对于细胞分裂、分化、迁移和侵袭等基础生物过程的促进或抑制作用。此外,静电纺微纳米纤维膜的形貌也是影响细胞生物过程的重要因素。在肌腱和神经等极性明显的组织中,构建取向性纤维膜即可促进组织细胞的生长和分化。相反,加大纤维孔隙大小或调整纤维交叉角度,又可以抑制细胞粘附生长,起到防止粘连的作用。基于上述原理,接下来文章讨论了功能化静电纺丝纤维膜对骨骼、肌肉、神经、结缔组织再生,加速创伤愈合的促进作用,以及抑制瘢痕形成、抑制肌腱、腹膜粘连、抑制肿瘤发生发展和抑制血栓形成的应用。最终,本综述根据机体生理病理环境的复杂需求,也对集生物促进和抑制作用为一体的多功能静电纺纤维膜进行了讨论,并提出了多种设想假设。静电纺纤维具有促进或抑制的双面功能、成分结构多样、尺寸可调、比表面积大等优点,从人体的病理生理机制出发,对静电纺纤维进行的功能化,从而达到适应机体复杂内环境和综合性治疗的效果。

该论文的第一作者为王臻博士,通讯作者为崔文国教授。该工作得到了国家自然科学基金和上海市人才发展资金的资助。