靜電紡絲納米纖維皮膚創(chuàng)面敷料研究新進(jìn)展

李 昂 李曉林

上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院，上海，200233

皮膚具有保護(hù)機(jī)體器官和組織的功能，難免會(huì)受到外界各種理化因素、微生物、機(jī)體內(nèi)部病理變化及人為因素的影響而引起傷害，甚至造成較為嚴(yán)重的創(chuàng)面。復(fù)雜的創(chuàng)面給醫(yī)療保健系統(tǒng)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，僅在北美每年就造成數(shù)十億美元的損失[1]。創(chuàng)面敷料對(duì)一些創(chuàng)面的愈合有著非常重要的影響。近年來，伴隨著納米技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)敷料逐漸被功能良好的新型敷料所替代。本文對(duì)皮膚創(chuàng)面敷料、靜電紡絲、納米纖維、靜電紡絲納米纖維皮膚創(chuàng)面敷料等的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 皮膚創(chuàng)面敷料

皮膚創(chuàng)面愈合是人體最為復(fù)雜的過程之一[2]。較為理想的創(chuàng)面敷料應(yīng)具備抗菌、止血，生物相容性和促進(jìn)組織再生等功能[3-5]。傳統(tǒng)敷料主要包括干紗布和油紗，可給創(chuàng)面提供一定的保護(hù)作用。隨著“濕性創(chuàng)面愈合”理論獲得臨床上普遍認(rèn)可，一些現(xiàn)代新型敷料如透明膜敷料、水膠體敷料、藻酸鹽敷料、銀離子敷料等，先后應(yīng)用于臨床。這些敷料和創(chuàng)面間存在著交互作用，可以及時(shí)吸收分泌物、使氧氣進(jìn)入創(chuàng)面，對(duì)創(chuàng)面愈合起了積極的促進(jìn)作用。近年來，伴隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在組織工程領(lǐng)域還出現(xiàn)了使用包括靜電紡絲納米纖維在內(nèi)的各類生物支架作為新一代創(chuàng)面敷料，并取得了良好效果。納米纖維皮膚創(chuàng)面敷料具有三維支撐結(jié)構(gòu)、孔徑小、表面體積比高等優(yōu)點(diǎn)，且能比傳統(tǒng)敷料較好地模擬細(xì)胞外基質(zhì)，有利于細(xì)胞生長、黏附和增殖，并能有效隔絕外界環(huán)境的病原微生物，避免炎癥的發(fā)生。

2 靜電紡絲和納米纖維

2.1 靜電紡絲 靜電紡絲源于英語單詞“electrospinning”。1930-1980年間，靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展比較緩慢，而且許多研究也主要針對(duì)靜電紡絲的裝置方面。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，人們對(duì)靜電紡絲工藝及應(yīng)用給予了大量的關(guān)注。尤其近年來，納米技術(shù)的進(jìn)步使靜電紡絲技術(shù)得到了快速、長足的發(fā)展。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，動(dòng)物和植物來源的蛋白質(zhì)和肽應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)被生產(chǎn)成細(xì)胞相容性和可生物降解的納米纖維創(chuàng)面敷料，此類創(chuàng)面敷料顯示出許多支持和加速創(chuàng)面愈合的特性[6,7]。

2.2 納米纖維 納米纖維的生產(chǎn)方法有多種，包括模板合成、自組裝、拉伸法、靜電紡絲等。靜電紡絲法因?yàn)檠b置及操作簡單，具有適用范圍廣、生產(chǎn)效率高等被普遍采用。應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)納米纖維是材料領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成果，并且已經(jīng)生產(chǎn)出多種納米纖維，包括有機(jī)納米纖維、有機(jī)/無機(jī)復(fù)合納米纖維和無機(jī)納米纖維。部分納米纖維不僅具有功能性黏附和良好的生物相容性[8]，而且還有容易移除、低成本等多種優(yōu)點(diǎn)[9]。

3 靜電紡絲制備納米纖維原料種類

目前納米纖維的生產(chǎn)原料有多種，包括有機(jī)溶劑可溶聚合物(如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈等)、水溶性高分子聚合物(如聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、聚丙烯酸等)、可降解高分子聚合物(如聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚羥基乙酸等)、天然高分子聚合物(如纖維素、甲殼素、卵磷酯、殼聚糖、膠原蛋白、蠶絲蛋白、明膠等)及其衍生物等[10]。另外，一些原料通過與其他聚合物溶液共混，也可以成為靜電紡絲納米纖維的原料。

4 靜電紡絲納米纖維皮膚創(chuàng)面敷料具有的特征

與其他皮膚創(chuàng)面敷料相比，靜電紡絲納米纖維創(chuàng)面敷料有許多優(yōu)良的特征。

4.1 靜電紡絲纖維具有良好的孔隙率和很高的透氣性 近年來，通過靜電紡絲技術(shù)已生產(chǎn)聚乳酸、明膠/聚乳酸、殼聚糖/聚乳酸、聚氨酯等納米纖維。用這些納米纖維生產(chǎn)的創(chuàng)面敷料吸收性強(qiáng)、與創(chuàng)面黏附好，避免滲出物在創(chuàng)面大量聚積，能有效阻止病原微生物的入侵[11]。

4.2 靜電紡絲納米纖維具有很高的柔軟性和止血作用 高分子聚合物和天然高分子材料相結(jié)合生產(chǎn)的納米纖維有著更強(qiáng)的機(jī)械性能，同時(shí)又具有良好的柔軟、透氣性能，有利于創(chuàng)面愈合。有學(xué)者將膠原蛋白與殼聚糖的混合溶液應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)出創(chuàng)面敷料，證實(shí)該敷料有良好的止血作用[12]。

4.3 靜電紡絲納米纖維具有良好的降解性 應(yīng)用聚乳酸等可降解材料制備的靜電紡絲纖維具有良好的生物可降解性，不僅減少了由于更換敷料導(dǎo)致的二次傷害，還能夠節(jié)省大量的棉紗，滿足人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。

5 功能性靜電紡絲納米纖維皮膚創(chuàng)面敷料的種類

通過靜電紡絲技術(shù)可以將天然或合成生物活性化合物負(fù)載或包埋于納米纖維皮膚創(chuàng)面敷料，這些敷料能夠以受控方式釋放天然和/或合成物質(zhì)，從而加快創(chuàng)面的愈合過程[13]。

5.1 抗菌及抗炎作用 靜電紡絲納米纖維創(chuàng)面敷料本身能有效隔絕外界環(huán)境，也能負(fù)載一些藥物，具有抗菌及抗炎作用。將環(huán)丙沙星負(fù)載于海藻酸鈉/聚(乳酸-共-乙醇酸)靜電紡絲纖維制備成創(chuàng)面敷料，該創(chuàng)面敷料不僅具有較強(qiáng)的吸水能力，還能提高環(huán)丙沙星的抗菌作用[14]。負(fù)載萬古霉素的雜化殼聚糖/聚環(huán)氧乙烷納米纖維能夠成功地抑制細(xì)菌生長，促進(jìn)傷口愈合。而且該納米纖維還可以因局部應(yīng)用萬古霉素而減少其副作用[15]。研究證實(shí)，將含有天然活性抗菌植物的納米乳液加載到納米纖維中，這種創(chuàng)面敷料具有抗菌和愈合功效[16]。孟魯司特是一種有抗炎作用的半胱氨酰白三烯抑制劑，一項(xiàng)研究表明，通過靜電紡絲方法將孟魯司特?fù)饺刖酆衔锛{米纖維后，該納米纖維對(duì)血小板的黏附性能明顯增加[17]。

5.2 抗氧化作用 靜電紡絲納米纖維為抗氧化劑封裝提供了必要的環(huán)境。目前經(jīng)常使用的活性化合物有單寧酸(多酚)、槲皮素(類黃酮)、姜黃素(多酚)和維生素B6(吡哆醇)。在納米纖維中加入活性化合物可以提高其生物利用度和穩(wěn)定性，改變聚合物的機(jī)械性能，增強(qiáng)其生物相容性[18]。姜黃素是姜黃的主要活性成分，它具有抗氧化、抗炎、抗病毒和抗腫瘤等藥理作用，但其低穩(wěn)定性和有限的生物利用度限制了它的臨床療效。納米纖維與姜黃素結(jié)合，可以將姜黃素的抗炎和抗氧化特性混合成一種高效的傷口敷料，促進(jìn)創(chuàng)面愈合[19]。

5.3 止血作用 好的皮膚創(chuàng)面敷料應(yīng)具有促進(jìn)止血和傷口愈合的作用。具有生物活性和止血能力的透明質(zhì)酸納米纖維敷料能夠包裹和控制生長因子的釋放，這些生長因子可作為皮膚組織工程敷料有利于創(chuàng)面止血和愈合[20]。研究證實(shí)采用靜電紡絲方法制備的聚己內(nèi)酯/膠原蛋白/季銨鹽和聚乙烯醇/膠原蛋白/季銨鹽兩種納米纖維敷料具有快速止血、抗炎作用，有利于創(chuàng)面愈合[5]。

5.4 促血管生成作用 納米纖維通常摻入具有促血管生成活性的成分和負(fù)載生物分子(如血管內(nèi)皮生長因子)。此外，將特定類型的干細(xì)胞(例如內(nèi)皮祖細(xì)胞)接種到納米纖維上是誘導(dǎo)血管生成的有價(jià)值的方法。這些有效的方法在硬組織和軟組織(分別主要是骨骼和皮膚)的重建中得到認(rèn)可[21]。各類負(fù)載或不負(fù)載藥物的納米材料創(chuàng)面敷料可以促進(jìn)血管生成，而血管生成又進(jìn)一步加速細(xì)胞增殖、膠原沉積、肉芽的組織形成和再上皮化，進(jìn)而加速創(chuàng)面愈合[22]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)負(fù)載胰島素絲素微球創(chuàng)面敷料能夠加速創(chuàng)面閉合、膠原蛋白沉積和血管形成,從而促進(jìn)傷口愈合[23]。將原位交聯(lián)重組人膠原蛋白肽負(fù)載于納米纖維后，在大鼠燙傷模型中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)面快速表皮化及血管生成現(xiàn)象[24]。二甲基乙二酰甘氨酸(DMOG)負(fù)載的介孔二氧化硅納米粒子靜電紡絲納米纖維膜可以刺激人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和血管生成相關(guān)基因表達(dá)。體內(nèi)研究表明，它顯著改善了糖尿病創(chuàng)面的新生血管形成、再上皮化和膠原蛋白沉積，并抑制了糖尿病創(chuàng)面的炎癥反應(yīng)，促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面的愈合[25]。

5.5 控制藥物釋放作用 目前靜電紡絲納米纖維已被應(yīng)用于藥物遞送，如創(chuàng)面敷料、口腔分散膜、固體分散體和各種控釋劑型[26]。將莫匹羅星和鹽酸利多卡因均勻摻入聚己內(nèi)酯和殼聚糖納米纖維，然后用多種方法對(duì)其藥物釋放和機(jī)械性能等進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果證實(shí)這種納米纖維具有高熱穩(wěn)定性，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌有高效的抗菌活性，并且對(duì)成纖維細(xì)胞無毒[27]。姜黃素作為一種模型草藥抗菌劑，對(duì)革蘭氏陽性菌及陰性菌都有抑制作用。應(yīng)用靜電紡絲制備了負(fù)載姜黃素的納米纖維，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該納米纖維創(chuàng)面敷料機(jī)械性和親水性增強(qiáng)，姜黃素的緩釋率更高[28]。

6 小結(jié)

現(xiàn)代科技的發(fā)展使皮膚創(chuàng)面敷料具有了越來越有利于創(chuàng)面修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)和功能。本文探討了皮膚創(chuàng)面敷料的種類、靜電紡絲技術(shù)及其發(fā)展、納米纖維的生產(chǎn)方法、靜電紡絲納米纖維的原料來源及其創(chuàng)面敷料具有的特征，并對(duì)近年來功能性靜電紡絲納米纖維皮膚創(chuàng)面敷料的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。隨著靜電紡絲納米纖維機(jī)械性、柔韌性、安全性得到進(jìn)一步完善，這種創(chuàng)面敷料的研究與開發(fā)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。一旦這類產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)入批量化、產(chǎn)業(yè)化、臨床化，它將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。