摘要
目的： 高能量暴力引起的严重多处、多段骨折或骨缺损的患者，常伴随着复杂的细菌感染和骨组织功能损伤。在骨缺损修复的过程中，主要涉及两个核心方面，即清除感染细菌和启动骨再生。当宿主自我修复能力较低的情况下，抗生素或单一功能的生物材料疗法难以有效清除感染，特别是深层组织中游离细菌的清除。而在清除感染细菌后，骨再生的启动则成为组织结构和功能修复至关重要的前提条件。因此，创伤性骨缺损修复材料应当以时序性骨组织修复过程为范本，从植入材料的理化性质和生物活性等方面深入研究。静电纺丝纳米纤维在结构上模拟细胞外基质，有利于细胞粘附、迁移和增殖，在功能上释放各类负载药物，调节微环境，具有广阔的应用前景。光热治疗以侵袭小、效率高、时空可控等优点在抗菌领域受到广泛关注。本研究基于氧化石墨烯（Grapheneoxide，GO）优异的光热转化性能以及尿石素A（UrolithinA，UA）良好的免疫调控作用，将UA同轴包覆在聚乳酸/聚乙烯吡咯烷酮为基质的纳米纤维中，并在纤维表面聚合GO作为光热剂，制备得到具有近红外光响应性和免疫调节功能的PLA/PVP@UA-GO复合纳米纤维（PUGENs），旨在探索纳米纤维膜在近红外光条件下体内外预防感染和促进骨再生修复的作用。 方法： 1.采用同轴纺丝技术制备载UA纳米纤维膜，再使用浸渍涂层法聚合GO制备出PUGENs，通过扫描电镜（Scanningelectronmicroscopy，SEM）、透射电镜（Transmissionelectronmicroscopy，TEM）和原子力显微镜（Atomicforcemicroscopy，AFM）验证PUGENs制备是否成功。 2.通过傅里叶红外（Fouriertransforminfraredspectroscopy，FTIR），X射线光电子能谱（X-rayphotoelectronspectroscopy，XPS），水接触角检测（Watercontactangle，WCA）和药物释放实验，表征制备的PUGENs的理化性质。通过紫外-可见-近红外光谱和红外测量仪器检测光热性能，证明光热响应性PUGENs的制备是否成功。 3.利用免疫荧光染色实验、流式细胞学等实验分析，评估PUGENs对巨噬细胞表型的动态调控。利用碱性磷酸酶、茜素红染色、实时定量PCR和免疫荧光染色实验，评估PUGENs体外免疫成骨分化性能。利用迁移实验、管形成实验，评估PUGENs体外免疫成血管性能。通过细菌涂板实验、吞噬实验，评估光热条件下PUGENs体外的物理抗菌和增强巨噬细胞吞噬抗菌表现。 4.建立SD大鼠颅骨缺损模型，利用Micro-CT、组织病理学分析、组织免疫荧光染色等方法，分析PUGENs体内促成骨性能；建立SD大鼠感染性皮肤缺损模型，利用皮肤愈合监测和组织病理学分析等方法，评估PUGENs体内抗菌表现。 结果： 通过对制备出的PUGENs进行详尽的表征，验证了UA成功封装在纤维内部，GO成功涂层在纤维表面，展现出优异的808nm近红外光热转化性能，成功制备光热响应性PUGENs。同时，PUGENs在体外表现出良好的生物相容性，并具备动态调控巨噬细胞极化功能：1天光热条件下调控M1巨噬细胞极化，5天随着UA的释放调控M2巨噬细胞极化。抗菌结果表明，在光热条件下，PUGENs显著减少细菌数量，残留细菌胞膜凹陷，内容物流出，并增强巨噬细胞对细菌的吞噬能力。通过在体外使用RAW264.7条件培养基干预，观察到PUGENs通过调控巨噬细胞RAW264.7极化间接促进了骨髓间充质干细胞BMSCs的成骨分化和矿化，同时也促进了血管内皮细胞HUVECs的迁移和血管形成能力。体内实验结果表明，PUGENs对骨修复具有促进作用，包括新生骨组织的形成和骨密度的增加；同时，PUGENs对感染性皮肤缺损愈合也具有促进作用，且显著减少组织内游离细菌数量。 结论： 1.成功制备了尿石素A封装，氧化石墨烯涂层的光热响应性同轴纳米纤维膜。 2.该纳米纤维膜在体内体外均具有良好的抗感染及促骨再生性能。 3.该纳米纤维制备简单稳定，可能为未来创伤性骨折或骨缺损预防感染及促进骨再生修复提供一个切实可行的方案。
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