JNT 纳米技术杂志》 1687 - 9511 1687 - 9503 Hindawi 10.1155 / 2017/6341710 6341710 评论文章 回顾注射和植入生物材料治疗和修复软组织的伤口愈合 http://orcid.org/0000 - 0003 - 3448 - 9468 周 Shih-Feng 1 Gunaseelan 思米 2 Kiellani 磁流体动力胡珊Hijazi 1 Thottempudi Venkata来自克利须那神 1 Neuenschwander 皮埃尔 3 聂 华融 4 雷 Paresh钱德拉 1 机械工程系 工程学院 得克萨斯大学泰勒 泰勒 TX 75799 美国 uttyler.edu 2 制药科学系的 本和Maytee Fisch药学院 得克萨斯大学泰勒 泰勒 TX 75799 美国 uttyler.edu 3 细胞和分子生物学系 德克萨斯大学健康科学中心在泰勒 泰勒 TX 75708 美国 uthct.edu 4 重点实验室至今已 教育部 青岛科技大学 青岛266042年 中国 qust.edu.cn 2017年 5 6 2017年 2017年 09年 02 2017年 23 04 2017年 5 6 2017年 2017年 版权©2017 Shih-Feng周等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

两个主要的主题开发的纳米药物输送和组织工程。随着纳米技术的发展,科学家和工程师现在有能力制造功能性药物载体和/或本地交付和释放药物的生物材料以及促进组织再生。在这个简短的回顾中,我们地址的使用纳米技术制造的生物材料(即。,nanoparticles and nanofibers) and their therapeutic function in wound healing as dressing materials. Furthermore, we discuss the use of surface nanofeatures to regulate cell adhesion, migration, proliferation, and differentiation, which is a crucial step in wound healing associated with tissue regeneration. Given that nanotechnology-based biomaterials exhibit superior pharmaceutical performance as compared to the traditional medicine, this short review provides current status and future directions of how nanotechnology is and will be used in biomedical field, especially in wound healing.

 德克萨斯大学 21001323 1。介绍

在纳米技术方面的最新发展structure-property-function关系促进了生物材料的发展。功能性生物材料性能有优秀的药品在药物输送和组织工程。例如,纳米粒子已被用于许多疾病药物运载工具。这些一维生物材料通常是由天然或合成生物可降解聚合物封装药物可以被编程为特定的释放率。另一种形式的药物实际上电纺naonofibers运营商利用纳米技术。纤维视为二维生物材料的高表面积和多孔结构在药物释放提供良好的治疗效果。这些纳米生物材料有可能在促进细胞与药物载体的互动,因此使他们理想的候选人在药物传输的应用程序。

在平行于药物输送,纳米生物材料中经常使用刺激细胞反应通过发布代理或表面纹理。在后一种情况下,研究通常涉及细胞培养保存其基因表达,这样可以保持分化组织再生的目的。生物材料的表面特性和/或表面属性(例如,电影或基质)有显著影响细胞粘附、迁移、增殖和分化。有利用纳米技术控制能力的表面特性和/或属性是在组织工程领域的一个重要课题。

在这个简短的评论,我们将讨论纳米生物材料的纳米粒子,纳米纤维,表面nanofeatures伤口愈合的影响。从纳米颗粒和纳米纤维方面的药物输送提到有额外的讨论组织再生使用表面特征。这个简短回顾提供了见解在纳米技术制造的生物材料的现状,如何将这些功能材料促进伤口愈合,和未来的方向利用纳米技术制造的生物材料来实现欲望的治疗功能。

 2。纳米生物材料

纳米技术,操纵原子和分子在纳米尺度上相关的问题,已经使用在许多领域与医学、工程和电子( 1, 2]。纳米技术和生物材料之间的关系的重要性的三个因素:生物材料,nanotopography,纳米技术和医疗保健之间的关系。

“生物材料”一词已被用于人体nanodimensions。纳米材料最初来自天然多糖包括许多纳米结构,如纳米颗粒、纳米纤维、nanopin, nanosheet, nanobrush和发光机制 3]。事实证明,纳米纤维材料有一个优越的动机比其他材料由于其巨大的表面积与体积比( 4]。

虽然这些纳米材料已经被来自散装材料,它们有不同的属性( 5)如孔隙形态、孔隙度和晶粒尺寸( 6]。

纳米颗粒的大小不应超过200海里(即。,the width of microcapillaries) since the human tissue is limited for large particles [ 7]。根据制备,药物混合,吸收,和/或附加到一个nanomatrix通过使用不同nanodevices [ 8]。这些纳米颗粒优于常规药物输送的粒子,因为持续一生,提高溶解度,控制交货率( 9]。许多科学家做了许多研究通过使用这些功能来开发纳米颗粒药物释放和组织工程 10]。

纳米纤维可以通过使用不同的技术处理模板合成、相分离,电纺的,等等 4]。然而,电纺的过程,这是一个重要的方式从各种各样的聚合物纳米纤维材料 11),是最合适的方法来制造纳米纤维。当使用elecrospinning纳米纤维形成,纤维网状的表面积大大增加。形成多孔纳米纤维的方法有两种:第一种是当使用更多的挥发性化合物,另一个是当两个不同的聚合物纺在一起( 12]。静电纺丝很好搭配衣服,有许多属性包括电子运输、密度和热扩散率高,成本低,更好地控制纤维尺寸和结构,和高生产率和灵活性。此外,纤维和控制模式和组件可以很容易地修改。在电纺的,创建一个排斥力通过应用高电压而不是挤压的力通常是由使用空气或机械设备( 4, 12- - - - - - 14]。

生物材料和纳米技术的重要性应该匹配不仅纳米材料及其机械性能,而且其地形。事实上,表面形貌和纤维有许多应用包括燃料电池、吸收、电池和太阳能电池( 11]。但最重要的是,最近的研究显示,那些处理生物材料或/和细胞工程等生物医学设备和他们的应用程序和组织修复( 15]。事实上,它已经在之前提到的研究表面形貌有显著影响细胞增殖、粘附、分化( 16]。一个通用的方法来控制细胞反应的第一步表面形貌在测微的范围或在nanometric规模 17]。最近的研究表明,这些反应发生在nanometric一般规模和组织工程的重要性( 18]。这一发现向我们介绍“纳米/微貌”,这是细胞的行为与生物材料表面的相互作用。纤维的表面积可以增加纤维的吸收结构通过删除组件或使用相分离( 19, 20.]。例如,nanotopography为药品提供更多决定性和多孔网站加载( 11]。有两类nanotopographies,可以应用于材料。第一类是无序nanotopographies过程中随机发生的(例如,化学腐蚀和聚合物分层)。无序nanotopographies具有低成本和简单的使用。第二类是命令,它可以通过使用不同的技术,如应用电子束光刻和光刻 21]。

已经认识到近年来的医疗本质上取决于治疗功效。然而,找到正确的治疗这种疾病出现之前可能的未来医学( 12]。预测疾病的能力和识别潜在的病变组织的位置强调了纳米技术和医疗保健之间的关系的重要性。纳米技术已影响生活质量通过发明新技术的发展 22, 23]。通过结合这些因素与电纺的,新的医疗模式,患者将出现一个新的和更具成本效益的治疗选择。例如,与不同的模块已由电纺纳米纤维的合成和天然聚合物具有不同尺寸在纳米 14]。这些纤维在组织工程中的应用,修复,再生,药物输送,康复治疗,化妆品等等 12, 13]。未来研究之一是制造实际上电纺纳米纤维的血管、神经、骨骼和皮肤( 13]。

 3所示。当前状态的纳米生物材料在软组织修复和再生

生物材料的两个主要功能是将小分子药物或大型生物制剂为当地的交付和刺激,取代,再生组织的失去了功能。与各种生物材料开发每年由于纳米技术的提高,他们都要求满足生物相容性的标准局部组织或细胞。而金属和陶瓷广泛应用于工程生物材料,聚合物在生物材料的应用吸引了许多关注疾病状态拥有nanotechnology-assisted制造业的进步方法。如今,聚合物生物材料被大量研究的structure-property-function相关性为了提供他们的应用程序的信息。鉴于软组织聚合物提供足够的力量,他们可以作为一个细胞和组织结构支持或指导模板生长。另一个重要的优势在使用聚合物作为生物材料的基础材料是它提供了一个退化概要,可以限制额外的手术切除后的生物材料作为植入组织再生。聚合物降解后的可用空间允许细胞和组织填写。此外,聚合物的降解起着至关重要的作用在控制药物释放的时间作为药物载体。自降解的聚合物生物材料规定的功能,副产品的毒性和响应宿主组织仍然是一个必要的主题纳米生物材料的应用。因此,最近的研究通常集中在完全resorbable生物材料的发展。 These resorbable materials are particularly useful to provide a temporary physical structure that stimulate and encourage tissue restoration and promote cell adhesion, migration, proliferation, and differentiation. Others focus on delivery of drugs and other molecules using the same principle.

可降解的制造和设计/ resorbable相对容易使用目前可用的纳米技术。特定的生物材料的困难是如何满足所需的治疗功效水平和疾病的严重程度几乎相同的内在的限制下聚合物降解率。在下面几节中,如图 1( 24, 25),我们使用不同类型的纳米生物材料,即纳米粒子/胶束/脂质,衬底材料的纳米纤维,nanofeatures显示这些生物材料的有效性在记录和/或愈合的伤口敷料。

图表的当前可用的纳米敷料(如纳米颗粒和纳米纤维)使用在伤口愈合的不同阶段从动物模型 24, 25)(图中获得一个开放的访问在知识共享归属许可下发布的文章)。

 3.1。纳米粒子/胶束/脂质

各种nanoparticle-based生物材料如金属纳米粒子、高分子纳米颗粒二氧化硅纳米颗粒固体脂质纳米颗粒,纳米脂质载体,这种,nanocapsules,胶束、脂质体,nanosuspensions正在开发用于药物控制释放旨在伤口愈合的应用程序。由于其特定的特点,纳米颗粒nanocapsules等,多聚体固体脂质纳米粒子和聚合物nanocomplexes理想车辆改善药物的效果(抗生素、生长因子等)针对伤口愈合( 28]。

金银等金属纳米粒子成为吸引目标软组织的生物材料( 27]。银,金,铜纳米粒子,以及钛和氧化锌纳米颗粒显示潜力的治疗对伤口愈合的影响 28]。银纳米粒子表现出良好的抗炎作用。结果表明促进伤口愈合通过减少cytokine-modulated炎症(银 29日]。其他显示,银纳米粒子浸渍在瓜尔胶烷基胺产生更快的wound-closing率比其他积极的控制,而组织学检查发现组织良好的肉芽组织和上皮形成(图 2)[ 26]。盯住Gold-nanoparticles-embedded可生物降解聚合物被发现拥有良好的软组织反应导致炎症减少随着侧链挂钩的数量增加(图 3)[ 27]。一氧化氮纳米粒子也演示了一个广泛的抗菌特性对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌( 30.]。一氧化氮纳米粒子也被证明在愈合过程起到有益的辅助作用调节炎症,血管生成,和组织重建 31日]。因为伤口是被认为缺乏一氧化氮,oxide-releasing氮硅纳米颗粒的应用可能会加速愈合通过杀死细菌和克服一般一氧化氮缺乏( 32]。

(a)伤口关闭对瓜尔胶银海藻酸烷基胺纳米粒子和其他积极的控制,(b)组织学检查的控制(没有治疗)组织,和(c)组织学检查的组织处理银海藻酸瓜尔胶烷基胺纳米颗粒( 26)(图中获得一个开放的访问在知识共享归属许可下发布的文章)。

(a)组织学检查伤口组织在应用黄金/聚丙烯/聚(乙二醇)2000纳米颗粒,箭头表示炎症细胞和新血管形成。C指胶囊应用敷料后形成。(b)组织学检查伤口组织在应用黄金/聚丙烯/聚(乙二醇)4000纳米厚箭头表示新血管形成和薄的箭头表示巨细胞积累 27)(图中获得一个开放的访问在知识共享归属许可下发布的文章)。

龚et al。 33]表明,姜黄素在装上的亲脂性的核心聚合物胶束分散在水凝胶中,这个公式表现出足够的组织粘性和姜黄素在较长时间内发布。研究由Jeschke et al。 34和佩雷拉等。 35)集中在脂质体的角质细胞生长因子(KGF),刺激上皮细胞分化和增殖,主要的重要性在伤口愈合的过程。这种脂质体配方构造成一个病毒的KGF cDNA基因复杂广泛改善表皮再生和改善表皮细胞净余额增加皮肤细胞增殖和减少细胞凋亡。融合蛋白的制备包括elastin-like肽和KGF成自组装纳米粒子(嵌合纳米颗粒)增强reepithelialization和造粒,在伤口愈合(两个关键过程 36]。为了克服抗生素耐药性细菌,Geilich等人开发银nanoparticles-embedded(多聚体 37]。这polymersome配方由可生物降解diblock共聚物载有银纳米粒子嵌入到疏水亲水舱的舱和氨苄青霉素抑制ampicillin-resistant的增长 大肠杆菌。制定这种已经被用来评估与膜损伤相关的作用机理。皮肤刺激活动和伤口愈合的结果制定nanoemulsion表示的无刺激性配方和更高的伤口收缩速率相比免费药物同行( 38]。固体脂质纳米粒子已经评估了其潜在延长阿片类药物释放减少疼痛严重皮肤伤口( 39]。重组人表皮生长因子(rhEGF)装载纳米脂质载体可以将一个重要的替代治疗慢性伤口因为这配方据报道提高伤口愈合质量表达的数量安排微脉管系统而言,成纤维细胞迁移和增殖、胶原沉积,进化的炎症反应 40]。

聚(乳酸- 有限公司乙醇酸)(PLGA)已被广泛研究制造的聚合物纳米粒子由于其优点包括生物降解性、生物相容性、无毒性和监管机构的批准 28]。研究肽的交付LL37(一种内源性肽控制伤口愈合和血管生成)从PLGA纳米颗粒假设相结合的持续释放乳酸(诱导血管生成)和LL37将促进伤口关闭( 41]。

评估纳米尺度的重组人红细胞生成素的作用(rhEPO)在伤口愈合,皮下注射促红细胞生成素的影响深度二级烫伤后皮肤再生损伤研究[ 42]。结果表明,纳米尺度的rhEPO reepithelialization率增加的滚烫的损伤和减少最终伤口关闭的时间。Silver-containing伤口敷料伤口治疗的一个组成部分是由于银的抗菌效果( 43]。当纳米晶体银伤口敷料应用主要在雄性大鼠全层烫伤,高银含量测定在不同器官和组织的控制。二氧化硅或由nanobridging氧化铁纳米粒子(即。,adhesion by aqueous nanoparticle solutions) have been reported to achieve rapid and strong closure and healing of deep wounds in skin and liver [ 44]。出血控制和组织修复nanobridging一直在评估肝最终可能被利用来测试在脾、肾、心,肺手术。对于皮肤的伤口,值得一提的是审美治疗。当需要严格密封,nanobridging可能补充吻合和古典缝合过程( 44]。

Magnetic-based系统利用超顺磁的纳米粒子已经测试了提高组织再生( 45]。对磁性纳米颗粒定位、软组织明显比生物流体复杂。磁力和磁纳米颗粒特征将决定磁性纳米粒子传输机制和分布在软组织。因此,它是至关重要的,以确定这些参数,以便有效地运输和本地化磁性纳米颗粒在软组织和实现治疗最理想的磁性纳米颗粒分布在目标区域。

纳米粒子可以粘在一起的细胞内在nonadhesive,从而组装分散的单个细胞成大粘性聚合物称为nanostickers。在一项研究中,作者表明,20 nm羧酸盐聚苯乙烯纳米粒子比20纳米二氧化硅纳米粒子更高效nanostickers据报道诱导快速伤口愈合和胶水软组织( 46]。作为转移通常是减少信息相关的粘附,nanostickers将有可能减少肿瘤细胞逃避。他们也将减缓肿瘤的蔓延将导致细胞基质间的竞争,和附着力。通过增加凝聚力的组织和器官,nanostickers可能重要的应用在组织工程和癌症治疗。

羟磷灰石被广泛用作重建手术骨替代材料的骨架。相似的化学成分自然骨磷灰石被认为是其良好的生物相容性和直接的原因,化学键骨组织形成的生物和机械稳定的接口。使用小粒度的粉末可以克服固体植入物的缺点,导致resorbable生物材料暂时替代骨骼的缺陷。暂停在一项研究中,通过使用纳米晶羟基磷灰石植入骨头直接接触以及包含软组织以及部分吸收的纳米晶体羟磷灰石被观察到。原位形成的纳米晶体材料主要是密集的聚集是保存曾经在骨骼和结缔组织(包括 47]。在另一项研究中,一种油性的骨组织反应后应用氢氧化钙悬浮在胫骨骨缺陷创建评估。该油悬浮到胫骨缺损的应用不如静脉血单独但显示生物相容性,良好的吸收,和新骨形成 48]。

 3.2。纳米纤维

静电纺丝已经成为广泛使用的技术生产非织造布纤维网格由连续纤维直径在几纳米到微米的范围。后不久的开发利用静电力生产纤维在1930年代( 49),纤维被来自外部电场采用过滤等许多工程领域( 50),防护面料( 51)、传感器( 52),和能源相关的应用程序( 53]。由于它的受欢迎程度,工艺条件和解决变量用于电纺的广泛审查了其他人对他们的角色在纤维直径,形态,结构,和机械性能 54- - - - - - 56]。最近,机械和生物信号从静电纺丝提供生物医学领域的应用前景。特别是,有几个综合评价电纺的及其应用在组织工程和药物输送,尤其是对伤口愈合应用程序( 57- - - - - - 61年]。在本节中,我们狭窄的讨论药使用实际上电纺材料和审查释放动力学的影响在伤口愈合的促进软组织的修复。具体来说,我们的地址几个优点和关键方面使用静电纺丝作为敷料在伤口愈合材料加工、结构和纤维材料的财产关系。

电纺的是一个相当简单的过程,利用快速溶剂蒸发过程中纤维的形成。纤维可以在静止的收集器收集非织造纤维结构或旋转心轴对齐纤维结构( 62年]。纤维可以由同轴甚至三轴喷嘴,使核壳结构( 63年, 64年]。其他证明制药扩大的可能性在纤维的生产网( 65年]。由于电纺的接受广泛的聚合物解决方案和小分子,设计和制造的混合纤维或天然纤维结合各种小分子或生物活性制剂成为可能。例如,混合纤维的聚 ε己内酯) (PCL)和黄蓍胶(GT)是含有姜黄素(坏蛋)(24 wt %)作为敷料材料提供抗氧化剂,antitumurogenic,抗炎能力( 66年, 67年]。3加载wt %姜黄素,结果表明PCL / GT Cur纳米纤维释放65%的药物后20天,而伤口闭合率在一个小鼠模型显著提高使用PCL / GT Cur调料,包括那些与间充质干细胞preseeded纳米纤维。在另一项研究中,胶原蛋白纳米纤维从罗非鱼实际上电纺的皮肤伤口愈合材料( 68年]。根据体外结果,纳米纤维网状生物相容性与人类角质细胞,而细胞增殖增加当使用胶原蛋白纳米纤维相比对照组(硼硅玻璃)。此外,胶原纤维出现伤口闭合率增加显著,即使那些被商用敷料材料相比,Kaltostat。此外,研究表明肽的固定图案(Cys-KR12)丝素蛋白纳米纤维,并建议一个强大的抗菌效果几个致病性菌株( 69年]。此外,壳聚糖和聚(环氧乙烷)(PEO)混合解决方案实际上电纺纤维将血管内皮生长因子(VEGF),而血小板源生长factor-BB (PDGF-BB)封装在聚(乳酸- 有限公司乙醇酸)(PLGA)纳米粒子在纳米纤维,进一步加载电纺的过程( 70年]。结果表明,VEGF达到近100%在24小时由于水溶性聚合物基质中PEO的存在,而PDGF-BB发布168 h后只有40%的PLGA纳米粒。根据作者,可编程的双重生长因子释放了改善伤口闭合率超过4周大鼠模型相比制药敷料材料,Hydrofera蓝色。在另一项研究中,PLGA /措混合纳米纤维实际上电纺纤维支架的抗菌特性(图 4(一))[ 71年]。在纤维的措,抑制 大肠杆菌和 金黄色葡萄球菌显著降低(图 4 (b))。结果表明,铜的释放2 +离子的抗菌性能(图 4 (c))。PLGA /措纤维促进NIH3T3细胞增殖(图 4 (d)),不建议高水平的细胞毒性效应。这些例子证明了可行性和优势在使用静电纺丝作为敷料材料对于伤口愈合应用程序选择的多样性在聚合物和药物/生物活性剂组合是无止境的。

(一)措纳米粒子嵌入实际上电纺PLGA纤维、(b)的抑制 大肠杆菌和 金黄色葡萄球菌从PLGA的PLGA /措纤维、铜(c)发布概要文件2 +离子在水中,和(d)成纤维细胞细胞PLGA的PLGA /措纤维[的可行性研究 71年)(图中获得一个开放的访问在知识共享归属许可下发布的文章)。

除了缓解生产,实际上电纺纤维网状结构是理想的伤口敷料材料由于高表面积与体积比。这种优势是见的一项研究表明凝血的速度和程度取决于可用的表面积血液反应之前形成凝块( 73年]。具体来说,根据作者,60×60×0.7毫米nanofibrous网格平均纤维直径为700纳米的表面积约3300厘米2,这是关于40-50-fold高于固体电影相同的维度。的高表面积纤维网还提供了高吸水能力。例如,比较典型的电影酱,吸水能力的纳米纤维网格增加10至100倍,这取决于使用的聚合物( 74年]。此外,多孔结构的纳米纤维网格提供氧气渗透性和流动的营养细胞呼吸作用和扩散,同时从外部环境中分离的细菌。流体流动的控制允许的水化和清洁伤口。最后,多孔结构的纳米纤维网格提供一个环境来刺激细胞反应由于细胞外基质的结构相似。结果,身体细胞可以支持的纳米纤维网格,而他们的依恋,迁移,增殖,分化调节在伤口愈合过程中( 75年]。因此,纳米纤维网状结构是有利的作为伤口愈合的饰材。

也许纳米纤维网格可以提供的最重要的因素是他们的优良性能,如一致,机械性能和功能的能力。考虑到这个因素,凝胶敷料提供某种程度的一致,没有任何机械支持细胞和组织。相比之下,薄膜敷料提供一定程度的机械支持组织在伤口但非常有限的顺应。因此,目前的趋势在敷料材料一直集中在静电纺丝由于出色的一致,同时提供机械支持细胞/组织导致更好的覆盖范围与复杂的3 d轮廓位置和改进保护伤口的身体运动。例如,开发人工皮肤需要高度的一致,这是通过使用两个联锁弹性图案nanofibrous膜( 76年]。在力学性能方面,再根据基于聚合物的选择,纳米纤维网格可以实现广泛的弹性刚度,抗拉强度和伸长率的失败。在一个特定的审查,纳米纤维具有高刚度(> 1 GPa)和高强度(> 0.1 GPa)纤维进行了讨论 77年]。其他人已经报道了药物加载前后聚酯纳米纤维的力学性能以及纤维的力学性能在药物释放和退化阶段( 78年]。在另一项研究中,实际上电纺壳聚糖/ PEO混合纳米纤维表现出抑制的优良性能 金黄色葡萄球菌( 72年]。根据作者,增加壳聚糖含量壳聚糖/ PEO纤维力学性能(表增加 1)。而剩下的重量60%壳聚糖/ PEO(1/1)观察纤维(图 5(一个)),只有壳聚糖/ PEO(2/1)纤维表现出最好的抗菌特性(图 5 (b))。所有纤维配方提升L292成纤维细胞增殖(图 5 (c)),这表明一个好的生物材料来提高伤口愈合。对功能的能力,静电纺丝不仅有能力携带小分子药物( 79年, 80年)、生物活性成分(如生长因子( 81年),蛋白质和酶( 82年),和基因( 83年),甚至细胞,还可以携带信号分子的表面促进细胞活动( 84年]。这使得静电纺丝多功能药物输送系统。鉴于在伤口愈合的一个目标是实现疤痕免费,静电纺丝有能力实现这一功能的能力。例如,通过促进皮肤生长立即给细胞更好的自我修复的路线图,可以实现疤痕免费在伤口愈合 85年]。因此,静电纺丝,利用现代纳米技术,能够提供解决方案慢性伤口和/或无法愈合的伤口。

机械性能的壳聚糖/ PEO混合纤维在不同的口粮。

质量比 杨氏模量 抗拉强度 破坏时应变
(MPa) (MPa) (%)
2:1 24.6 ± 6.5 2.8 ± 1。0 14.7 ± 2.5
1:1 14.0 ± 3所示。5 ∗ 1。1 ± 0.5 # 10.7 ± 4.6
1:2 9.1 ± 4.2 ∗ 0.9 ± 0.4 # 11.7 ± 3所示。6

P ∗ < 0.05 第二,杨氏模量比较:1质量比支架。 P # < 0.05 ,抗拉强度比较2:1质量比支架。

(一)纤维退化,(b)纤维的抗菌性能表现在成倍增加的细菌,和(c)在混合纤维(纤维母细胞增殖率 72年)(图中获得一个开放的访问在知识共享归属许可下发布的文章)。 ∗ 显示显著差异( P ∗ < 0.05 )。

 3.3。表面Nanofeatures

生物聚合物衬底的地形模式会影响细胞反应如附着力、迁移、增殖和分化。许多研究已经讨论了最优地形特征和/或表面属性指示细胞的信仰。特别是,生物组织显示各种行为由于不同纤维等地形地貌,坑,柱子,纤维束和突起在几十纳米到微米尺度( 86年- - - - - - 88年]。这些报道表面地形是至关重要的在指导细胞行为如扩散、迁移,和附着力 87年, 89年]。考虑到地形信号表示的路径之一自然使用给细胞特定的订单,在这个领域的工作现状通常集中在利用纳米技术生产工程从生物聚合物薄膜表面特征,这些基质可以进一步控制细胞的行为。许多研究已经表明,有图案的底物强烈影响细胞迁移、粘附、增殖,并分化,表明地形的存在信号可以是一个强大的工具来促进组织再生( 89年- - - - - - 93年]。

了解细胞反应结果的基本机制的地貌和/或表面性质将改善理解如何调节细胞功能。理解从细胞生物功能的方法是分析他们的反应在不同地形方面。在一项研究中,微型图象基板展示凸面和凹面架构被用来研究人类上皮细胞的行为和功能( 94年]。结果表明,细胞密度和分布显著增加过渡的凸面和凹面特性当比较平未成形的衬底。此外,延时观察建议凸,凹模式提升细胞迁移的变化由于不同的机制。根据这项研究,细胞迁移的侧壁凸底物在侧壁和底部移民观察凹底物。此外,研究报告钙粘蛋白的表达在细胞粘附微型图象144 h后基板。结果表明,细胞钙粘蛋白表达与nanofeatures类似工程薄膜衬底表面没有模式。此外,细胞表现出更多的传播模式,如显示低水平的钙粘蛋白层,表明生物聚合物的表面nanofeatures电影能够人类上皮细胞的调节基因的表达。一般来说,衬底的表面nanofeatures促进细胞空间增长增加细胞密度和均匀分布适合组织再生。

在伤口愈合、再生反应初期的细胞是最重要的事件与wound-closing率有关。伤口愈合涉及一系列生理过程产生的细胞,在伤口愈合复杂性的本质使它可能很难控制许多异常的发生。这种复杂性包括细胞间的相互作用、生化反应敷料材料,和几个活跃的酶通路管理组织的愈合过程 95年]。天然和合成高分子材料如凝胶、电影/基板,复合材料,和其他微/纳米复合材料用于伤口愈合组织再生。尽管nanofibrous材料含有高表面积,这也是一个很伟大的候选人在伤口愈合作为生物制剂的载体,研究表明,电影/基质组织再生过程中促进伤口愈合。当前状态的生物高聚物薄膜敷料专注于提供最佳的治疗条件考虑所有的治疗机制( 96年]。

在一些研究中,天然聚合物被用于治疗不同的疾病。例如,壳聚糖和明胶薄膜用于伤口敷料材料具有优良的伤口愈合性能( 96年- - - - - - 98年]。这些复合的影片是用明胶浓度和检查增加厚度、耐折度、吸水能力、抗拉强度、和其他生物属性如抗菌活性。结果表明,明胶浓度增加复合膜耐折度增加,厚度,抗拉强度,吸水能力。伤口闭合率也相对改善由于凝胶的存在。伤口收缩的比例显著增强在使用壳聚糖/明胶复合薄膜。其他人表明chitosan-hydrogel涂布移植,紫外线辐照连杆,展出了抵抗 大肠杆菌在体外和体内。chitosan-hydrogel行动直接作为抗菌生物材料在Dacon贪污和能够抑制感染( 99年]。在另一项研究中,海绵制成壳聚糖谷氨酸和丝胶被用于治疗慢性皮肤溃疡的发展。敷料的丝胶含量对人类成纤维细胞对氧化损伤的保护作用。此外,优化的着装也能够改善纤维母细胞增殖,提高伤口愈合( One hundred.]。

研究表明,美国军方将在努力开发快速止血剂代理人( 102年]。核心代理是基于沸石复合,可用于稳定受害者的伤口的出血。这种材料有一个有趣的特点,具有高度的亲和力与水它吸收所有受害者的血液中的水分含量。然而,复合敷料在这种情况下的问题是它的高亲和力对水释放高能导致周围组织的烧坏。这项研究结果形式,当前的努力一直致力于开发新型生物相容性材料的诱导止血,提高组织再生能力。生物活性玻璃已被确定为一个快速止血剂剂,这有助于在血液凝固和减少燃烧的健康组织。

在一些研究工作,丝素蛋白膜作为伤口敷料材料( 103年- - - - - - 105年]。他们的特定的生物材料,广泛的应用于眼科疾病由于他们的透明特性,力学性能,尽可能在植入炎症反应。独立式丝膜平行线和同心环地形创建体外表征人类角膜limbal-epithelial (HCLE)细胞响应在不同几何表面。这些地形模式从蚕丝蛋白电影影响初始HCLE文化基质依恋,细胞排列,肌动蛋白细胞骨架对齐,粘着斑本地化。除了有遥远的粘着斑形成的定位边丝模式地形。最重要的是,丝素蛋白膜的表面特征和地形似乎帮助直接角膜上皮细胞反应和肌动蛋白细胞骨架对齐,对体外的粘着斑分布。

其他显示,制备的聚合物混合合成树脂和天然生物聚合物用于伤口敷料。一般要求主要用于软组织有其生物相容性,无毒性,不造成二次创伤伤口。实现所有这些属性,使用共混聚合物更好是因为属性的贡献从聚合物( 101年]。结果表明,壳聚糖有良好的内在属性,它表现出生物相容性,生物降解能力,nonantigenicity,无毒性。因此,壳聚糖对伤口敷料是一种非常流行的基础材料。然而,壳聚糖由于其需要一些修改下机械性能。因此,研究表明混合制备的壳聚糖/聚乙二醇延胡索酸酯作为伤口敷料的潜在候选材料。由于其不饱和特性,复合薄膜含有优良的生物相容性和生物降解性而被photocured可见光照射。在类似的研究中,壳聚糖和前体表皮生长因子(pEGF)准备通过与分析photocuring电影属性的伤口敷料的应用程序( 106年- - - - - - 108年]。pEGF的交联壳聚糖基质导致semi-interpenetrating水凝胶网络。的影响 N乙烯基吡咯烷酮(一步法)(10、20和40 wt %相对于PEGF)稀释剂和交联剂有显著影响程度的转换,这进一步影响了附件的小鼠成纤维细胞(L929)和他们的生存能力(图 6)[ 101年]。与一步法浓度的增加饲料从10到20 wt %,程度的转换比例增加;而添加更多的一步法(40 wt %),它降低了。交联的电影提供了一个合适的3 d环境允许细胞锚,生长,增殖由于增加适当的网站。文化的24小时后细胞是可行的。这可以作为一个替代策略对离体培养的细胞可以进一步嫁接到伤口。

(一)——(d)细胞附件控制,uncross-linked混合电影的壳聚糖/ pEGF(80/20)和交联壳聚糖/ pEGF混合电影(80/20)在10 wt %, 20 wt %,和40 wt %的一步法交联,分别。可行性研究的小鼠成纤维细胞上相应的基板( 101年)(图中获得一个开放的访问在知识共享归属许可下发布的文章)。 ∗ 显示显著差异( P ∗ < 0.05 )。

 4所示。未来的发展方向

生物材料发挥重要作用在治疗疗效和各种疾病的结果。载体材料、药物加载和药物释放机制的关键因素提供合适的医疗记录或无法愈合伤口的病人。改善纳米技术,生物材料作为药物载体医学取得了显著改善。目前,纳米生物材料已开始成为主流显著减少伤口敷料的好处在频繁变化的敷料材料的问题。最后,提供了纳米技术在制造和定制,适用于伤口敷料使用纳米生物材料的未来将专注于个性化使用特定的治疗计划。能够实现这一目标,仍有许多挑战需要注意的研究。例如,一个特定的研究问题是解决大型大分子在封装使用当前已知的纳米技术( 109年]。这些大分子提供了额外的好处以及小分子药物,提供双重职能治疗机制。此外,调制小分子药物释放的大大分子尚未充分研究,这是一个前景看好的领域,可能需要两种不同的纳米技术的组合(例如,纳米粒子/脂质体和纳米纤维)一起提供可编程的治疗计划。2014年,一个概念证明利用胶束结合纳米纤维已经被证明有效的促进皮肤组织再生而表现出良好的生物相容性,以支持脂肪中提取干细胞增殖( 110年]。而其他类似的出版物是罕见的,下一代的伤口敷料材料需要两个或两个以上的纳米生物材料的集成。

另一个特定区域,可能受益于纳米技术是基因疗法。特别是,纳米生物材料有潜力提供和修复基因,当前现代临床手术经验的局限性。能够互动和沟通与细胞和组织进行基因传递或维修,机械稳定性和生物相容性的生物材料需要一个新的设计和制造水平。这就是纳米技术将派上用场,因为这样的调整是相当灵活的与不同的制造方法。因此,未来趋势,生物材料(如金属、陶瓷和聚合物)将有一个更优越的机械性能和良好的生物相容性和biofunctionality达到最理想的药物植入物的性能。

纳米技术是一个多学科领域的科学家和工程师将需要一起工作为特定的生物材料的设计和制造。这个合作涉及分子生物学的理解,生物化学、遗传学、物理学、材料科学和其他领域的科学与工程部门的应用程序,将整合多功能生物材料的设计和制造伤口愈合。

 5。结论

总之,这个短暂的审查提供了当前状态的参与纳米技术在生物材料的制备和应用。特别是生物材料在形式的纳米粒子/胶束/脂质纳米纤维,讨论了电影/基质表面nanofeatures伤口愈合。小分子药物的释放机制的理解和大型大分子从这些纳米生物材料大大提高了编年史和愈合的伤口病人治疗条件。此外,细胞和生物材料之间的相互作用使组织的再生。鉴于纳米技术扮演着重要的角色在新型生物材料的发展,下一代的伤口敷料材料将进一步利用纳米技术改善敷料材料的性质以及提高愈合过程。总的来说,本文强调在现代功能化生物材料纳米技术的贡献。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 作者的贡献

所有作者为该手稿一视同仁。特别是,磁流体动力胡珊Hijazi Kiellani导致部分 2,思米Gunaseelan导致部分 3所示。1克里希纳,Venkata来自Thottempudi有助于部分 3所示。3周,Shih-Feng有助于所有其他部分。皮埃尔Neuenschwander和华融聂有助于知识的讨论主题和评论的手稿。

 确认

这项工作是由赞助商研究办公室的资助在得克萨斯大学泰勒授予Shih-Feng周(21001323)。作者感谢江菁博士评论的手稿。

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