中山大学: 深部火傷の治癒に効果的な方法 - 3D プリントされた二重層皮膚代替物 (DLS)

出典: EFL Bio3Dプリンティングとバイオ製造

火傷は毎年約1,100万人の心身の健康に深刻な影響を及ぼします。浅い火傷と比べると、深い火傷は感染後に皮膚細胞の機能を損傷し、過剰な炎症や水分不足による異常なコラーゲン沈着を引き起こします。さらに、空気にさらされた深い火傷の傷口も治療の大きな課題となります。水分不足は、持続的な不均衡な炎症反応と過剰な ECM 沈着を引き起こし、病的な瘢痕形成の原因となります。これらの合併症により、皮膚の治癒が遅れたり、治癒しなかったり、さらには外観が損なわれることもあります。火傷の傷跡を残さずに治癒することを妨げる、不均衡な創傷水分補給微小環境を管理することは、依然として困難な課題です。

最近、中山大学第一付属病院火傷外科の陳磊教授とそのチームは、深い火傷の傷を治す効果的な方法、3Dプリントされた二重層皮膚代替物（DLS）を発表しました。彼らは、EFL投影光硬化生物3Dプリンター（EFL-BP8600）とオレフィン結合ハイドロゲル蛍光染料（EFL-DYE-UF-ENE-B）を使用して、上層にSFMA/GelMAバイオインク、下層にHAMA/GelMAバイオインクを主な形状とする新しい二重層ハイドロゲル（DLH）を製造しました。これは大量生産と火傷救助における臨床応用に適しています。関連研究「傷跡のない火傷の治癒へのアプローチ：抗感染と創傷水分レベルのバランスをとるという二重の特性を持つ3Dプリント皮膚代替品の応用」は、Lancetの補助ジャーナルeBioMedicine（中国科学院医学ゾーン1、最新のIF 9.7）に掲載されており、将来性は高い。

図1 傷跡のない火傷の治癒のための3Dプリント皮膚代替品の設計戦略

大腸菌、黄色ブドウ球菌、緑膿菌による創傷感染は火傷患者によく見られ、死亡率を大幅に高めるため、緊急の医療介入が必要となります。感染と戦うために、下部バイオインクに銅エピガロカテキンガレート（Cu-EGCG）が添加され、Cu-EGCGのin vitro抗菌特性を調べるために、上記の菌株が固体寒天プレート上でテストされました。試験管内実験では、50 μg/mL Cu-EGCG を添加すると、3 つの菌株のコロニー形成単位 (CFU) が大幅に減少することが示されました。

図 2 生体適合性と抗菌活性の評価マクロファージは創傷治癒プロセスにおいて重要な役割を果たします。創傷治癒の後期には、M1 マクロファージが優位となり、慢性炎症、創傷治癒の遅延、瘢痕形成の増加につながる可能性があります。 DLS における Cu-EGCG の最適比率を決定するために、Cu-EGCG をそれぞれ 0、25、50、100、200 μg/mL (LLH/Cu0、LLH/Cu25、LLH/Cu50、LLH/Cu100、LLH/Cu200) の濃度で GelMA/HAMA に加えました。 LLH/Cu100群（25.91 ± 1.0%）では、対照群（47.16 ± 4.5%）およびLLH/Cu0群（41.30 ± 3.2%）と比較して、M1マクロファージ（iNOS+）が有意に減少した。これらの研究結果は総合的に、DLS が生体内で優れた抗炎症作用と抗菌作用を有することを示唆しています。

図 3 抗炎症効果と血管新生効果の評価 DLS の安全性と治療効果をさらに評価するために、研究者らは火傷を負った SD ラットを用いて調査を行いました。 3日目には、DLS（38.24 ± 8.06%）はガーゼ（3.07 ± 3.36%）よりも治癒領域が広く、治癒速度が加速していることが分かりました。さらに、DLS グループは正常な皮膚と同様の真皮の厚さを示し、DLS が感染した火傷の傷の治癒プロセスを加速し、再構築段階で真皮と表皮の効果的な再生を促進できることをさらに確認しました。

図4 火傷の創傷治癒効果

創傷の脱水による瘢痕形成に対処するため、研究者らはさらに、上層ハイドロゲル（ULH）に表皮細胞を封入し、下層にLLH/Cu100を使用した二重層人工皮膚を設計しました。この構造全体はDLS/cと名付けられました。 DLS/cをSDラットの火傷モデルに適用したところ、ガーゼやDLSと比較してDLS/cでのAQP3とFLGの相対的発現が高く、DLS/cが最も効果的な皮膚水分回復効果を発揮することが示されました。

一般的に、これらの生理学的な創傷修復プロセスは、火傷の創傷の皮膚水分バリアを再構築し、炎症反応を軽減し、火傷の創傷と瘢痕形成の問題を解決する上で重要な臨床的価値を持っています。出典: https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2024.105258

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