基于角质形成细胞印记PDMS的多组分敷料通过促进再上皮化与新生血管化改善兔模型创面愈合

《Scientific Reports》：Wound healing improvement by a multicomponent wound dressing of keratinocyte-imprinted polydimethylsiloxane substrate in a rabbit model

创面愈合是再生医学的重大挑战。本研究针对传统敷料局限性，开发了角质形成细胞印记的聚二甲基硅氧烷（KiPDMS）基质，联合脂肪源性干细胞（ADSCs）、角质形成细胞及胶原支架构建多组分敷料。体内实验显示，该敷料显著促进兔耳创面再上皮化（表皮厚度最高提升998%）和新生血管化（血管密度最高提升301%），尤其全组分治疗（ColAPdK）效果最优，为复杂创面修复提供了新型细胞导向性治疗策略。

　　

皮肤创面愈合是临床面临的重大挑战，尤其对于大面积烧伤或慢性溃疡患者，传统治疗方法如自体移植、异体移植存在供体有限、免疫排斥和感染风险。尽管现代敷料试图模拟天然皮肤结构以促进细胞迁移和血管生成，但仍受限于机械强度弱、成本高及功能单一等问题。角质形成细胞作为表皮再生的关键细胞，其移植可加速再上皮化，但来源受限且体外扩增困难。近年来，基于物理拓扑线索的细胞印记技术为调控干细胞分化提供了新思路，但如何将其转化为临床可用的智能敷料仍待探索。发表于《Scientific Reports》的这项研究，通过设计角质形成细胞印记的PDMS（KiPDMS）基质，结合胶原支架和干细胞技术，开发了一种能主动诱导组织再生的新型多组分敷料，为创面修复提供了创新解决方案。

研究主要采用以下关键技术：首先通过扫描电镜（SEM）和免疫荧光染色验证了兔源脂肪源性干细胞（ADSCs）和角质形成细胞的生物学特性；其次利用固定角质形成细胞作为模板制备KiPDMS基质，并通过qPCR和免疫细胞化学分析ADSCs向角质形成细胞分化的效率；进而构建胶原支架并整合KiPDMS、ADSCs及分化后的角质形成细胞，形成七种不同组合的治疗方案；最后通过兔耳全层皮肤缺损模型，对比各组在再上皮化、新生血管化和胶原沉积方面的效果，并通过组织病理学（H&E染色）和免疫组化（IHC）进行定量评估。

表征培养于裸PDMS与KiPDMS上的ADSCs

分离的兔ADSCs呈梭形，而原代角质形成细胞呈现典型铺路石样形态。SEM显示KiPDMS表面具有角质形成细胞足迹形成的微腔结构。ADSCs在KiPDMS上培养4天后，形态由梭形变为多角形，表明细胞被拓扑结构引导重塑。免疫荧光证实ADSCs高表达胶原蛋白I（胶原类型I），但不表达角质形成细胞特异性蛋白内披蛋白（involucrin）。流式细胞术显示ADSCs高表达CD90（97.8%）和CD105（93.2%），不表达造血标志CD34（2.31%）和CD45（0.79%），符合间充质干细胞特征。

ADSCs向角质形成细胞定向分化的体外评价

qPCR结果显示，与普通培养板相比，ADSCs在KiPDMS上培养14天后，胶原类型I基因表达下调约13倍（P<0.0001），而内披蛋白和细胞角蛋白10（Cytokeratin10）表达分别上调5倍和2倍（P<0.0001）。免疫细胞化学染色进一步证实，分化后的ADSCs表达广谱角蛋白（pankeratin）和内披蛋白，与原代角质形成细胞标记物表达模式一致。

创面愈合能力的体内评价

组织病理学分析显示，治疗后第14天，所有治疗组表皮厚度和血管密度均显著高于未处理对照组。单独胶原支架（Col组）使表皮厚度增加139%，血管密度增加125%；联合ADSCs（ColA组）进一步提升表皮厚度14%；而KiPDMS联合胶原支架（ColP组）使表皮厚度较Col组和ColA组分别提升207.30%和170.13%。全组分治疗（ColAPdK组，含ADSCs、KiPDMS及分化角质形成细胞）效果最显著，表皮厚度和血管密度较对照组分别提升998%和301%，且胶原束沉积广泛，成纤维细胞聚集明显。免疫组化证实ColAPdK组再生表皮中内披蛋白表达强度最高。

本研究通过整合细胞印记拓扑线索、生物材料支架及干细胞技术，构建了一种能够协同促进再上皮化与血管化的智能敷料。KiPDMS通过模拟角质形成细胞微环境直接引导ADSCs向表皮谱系分化，而胶原支架为细胞迁移和基质沉积提供力学支持。全组分治疗（ColAPdK）的优势体现了物理拓扑（KiPDMS）、细胞因子（ADSCs分泌因子）及终末细胞（分化角质形成细胞）的多重协同效应。该策略不仅避免了生长因子使用的安全风险，还通过模块化设计适应不同临床需求（如细胞稀缺场景）。未来需进一步解析KiPDMS调控细胞命运的分子通路（如整合素-细胞骨架信号），并在大动物模型或慢性创面中验证其长效安全性。本研究为开发下一代“细胞指令式”敷料奠定了理论与实践基础。