「论文解读」负载生长因子工程化水凝胶促进体内胎膜愈合

目前对于胎儿畸形疾病，胎儿镜干预是主要治疗措施。根据不同手术方式，大约30%的病例会发生胎膜早破，导致早产和胎儿发病及死亡情况发生。近日，来自瑞士苏黎世大学的Martin Ehrbar、Nicole Ochsenbein-Kölble教授团队进行了工程化的血小板衍生生长因子释放水凝胶促进体内胎膜愈合的相关研究。研究成果以“Engineered Platelet-Derived Growth Factor-Releasing Hydrogels Promote Fetal Membrane Healing In Vivo”为题于2023年01月08日发表在《Adv. Funct. Mater.》上。

本文研究了模块化转谷氨酰胺酶交联的聚乙二醇（TG-PEG）水凝胶释放血小板源性生长因子（PDGF）-BB促进FM愈合。在体外，负载生长因子的水凝胶能够刺激羊膜细胞迁移和增殖。在体内，能够紧紧地封住了由胎儿镜造成的FM和子宫缺陷，并在10天内保持稳定。在柔软的TG-PEG水凝胶中，与愈合有关的细胞迁移到子宫肌层、子宫内膜和FM区。释放PDGF-BB的生物工程水凝胶促进了来自子宫肌层和子宫内膜宿主细胞的招募，被招募的细胞进入生物材料治疗部位大量增殖和基质生产，启动了强大的早期愈合反应。载有PDGF-BB的TG-PEG水凝胶在治疗胎儿镜检查引起的胎膜缺陷和预防早产方面具有很大的前景。

图1 释放PDGF-BB的TG-PEG水凝胶表征

白介素人类羊膜是FMs的主要承重层，由上皮层以及基底膜、紧密层、含有hAMCs的成纤维细胞层和海绵层组成。水凝胶制造完成后通过振荡流变学分析表明在完全凝胶化后，储存模量较高。水凝胶由聚合物骨架组成，根据交联密度、亲水性和环境条件，可以吸收不同数量水溶液以达到平衡膨胀。无论采用何种膨胀液，软TG-PEG水凝胶都不会发生体积膨胀（硬TG-PEG水凝胶显示出与膨胀液无关的体积膨胀。为研究了TG-PEG水凝胶是否可以用来释放PDGF-BB。通过将装载有PDGF-BB的TG-PEG水凝胶孵育在冲洗液中，使用酶联免疫吸附试验（ELISA）确定释放情况。结果表明PDGF-BB只在水凝胶被胶原酶A降解后才被释放出来。软水凝胶中，hAMCs形成了广泛的纺锤形细胞网络，但在较硬的基质中，细胞仍然是圆形的，细胞在软水凝胶和硬水凝胶中都保持绝对活力，并且PDGF-BB促进了羊膜细胞增殖和迁移。

图2 手术过程

研究人员手术构建开放子宫母羊模型模拟微创胎儿镜检查和将TG-PEG水凝胶放置在受创的胎膜表面。中线开腹手术暴露羊的子宫，随后子宫切开提供进入FMs的途径。用10 French套管穿刺子宫壁和FMs放置导管。通过将植入物拉向羊膜并通过子宫肌层用缝线固定，实现植入物在FM缺陷部位的准确定位。每个怀孕的子宫角应用多达8个植入物，确保治疗点之间有足够大的距离，以防止治疗点的干扰。在对照组和加载PDGF-BB的样本之间没有发现串扰。手术过程结束时，植入物的伞状镍钛合金模具、羊膜紧密连接和TG-PEG水凝胶超声确认存在。

图3 细胞向植入软性TG-PEG水凝胶的迁移研究

同时植入加载或不加载PDGF-BB的软性和硬性水凝胶，减少因内源性组织蛋白酶引起的材料降解风险。植入10天后，51个植入物都保持原位。在对照组和PDGF-BB处理组FMs和子宫缺陷区都可以定位，TG-PEG水凝胶仍然存在于损伤部位。硬质TG-PEG水凝胶保持完整性，在内部很少检测到细胞存在。相反，软TG-PEG水凝胶在没有PDGF-BB情况下，在FMs、子宫内膜和子宫肌层中出现纺锤形细胞浸润，子宫内膜和子宫肌层中的细胞浸润比FMs中更强。对样本迁移反应进行评分，结果显示：在子宫内膜和子宫肌层区域，细胞迁移到PDGF-BB负载植入物中的比例明显高于对照组。

图4 愈合组织学分析图像

图5 对胎膜、子宫内膜和子宫周围愈合进行半定量评分

对处理和未处理的组织区域进行免疫组化评估PDGF-BB加载水凝胶中愈合反应，结果显示：免疫细胞浸润是组织愈合过程核心，巨噬细胞缺乏会严重损害伤口愈合。在没有PDGF-BB的情况下，在FMs附近植入物中观察到少量巨噬细胞（Iba1+细胞），负载PDGF-BB的植入物显示出更强巨噬细胞招募，通过内皮细胞（CD31+）染色分析新生血管的形成。没有PDGF-BB的情况下，在子宫内膜和子宫肌层区域TG-PEG周围的纤维组织中发现了小口径血管的新生。在加载了PDGF-BB的植入物中，内皮细胞招募到三个区域植入物附近，少量浸润的纺锤形细胞显示CD31的表达，对加载PDGF-BB的样本血管生成分析显示，植入生物材料内，在FMs、子宫内膜和子宫肌层的附近有新生血管形成。

在加载PDGF-BB的TG-PEG水凝胶中，大量浸润细胞对波形蛋白强烈阳性，证明这些细胞是间质来源。为评估具有纤维化形态的间质细胞是否获得活化表型，进行了平滑肌肌动蛋白（SMA）染色。在控制和PDGF-BB加载的水凝胶中，浸润在TG-PEG中的很大一部分纺锤形细胞对SMA呈阳性。Ki67染色显示在没有PDGF-BB的情况下，浸润在植入物中的少量纺锤形细胞Ki67+。含有PDGF-BB的水凝胶中Ki67+细胞数量要高得多。加载了PDGF-BB的TG-PEG水凝胶促进了间质细胞浸润，在生物材料内增殖并沉积了大量的胶原蛋白。因此，通过使用加载PDGF-BB的TG-PEG水凝胶，为胎儿穿刺后的胎膜愈合提供一个有前景的治疗方式。

总之，本文研究PDGF-BB负载的TG-PEG水凝胶在卵巢FM缺损模型中促进FM愈合功能。证明TG-PEG水凝胶在用于短期FM缺损治疗时，在AF中稳定存在，是开发具有特定FM愈合功能生物材料的合适平台。当与PDGF-BB结合时，软TG-PEG水凝胶能够在子宫壁引发强有力的愈合反应。本文研究表明TG-PEG水凝胶以量身定制的细胞生长和复杂的生长因子释放曲线来促进胎膜的愈合，防止与iPPROM有关早产的发生。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202208910

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