Two-Dimensional Mg?Si Nanosheet-Enabled Sustained Hydrogen Generation for Improved Repair and Regeneration of Deeply Burned Skin

二維Mg2Si納米片實(shí)現(xiàn)持續(xù)產(chǎn)氫，提高深度燒傷皮膚修復(fù)和再生

來源：Advanced Healthcare Materials

 

 

摘要核心內(nèi)容

 

本研究開發(fā)了一種基于二維硅化鎂納米片（MSN）的殼聚糖/透明質(zhì)酸水凝膠敷料（MSN@CS/HA），用于深度燒傷皮膚的修復(fù)與再生。MSN在生理?xiàng)l件下可持續(xù)釋放氫分子（約1周），通過以下機(jī)制加速傷口愈合：  

直接激活皮膚細(xì)胞：清除活性氧（ROS），促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞（HaCaT）、成纖維細(xì)胞（HSF）和內(nèi)皮細(xì)胞（HMEC-1）的增殖與遷移。  

 

免疫調(diào)節(jié)：誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞M1向M2表型極化，增強(qiáng)抗炎因子Arg1和促血管生成因子VEGF的表達(dá)。  

 

血管生成：通過上調(diào)CCL2信號(hào)通路促進(jìn)血管新生，減少纖維化，實(shí)現(xiàn)無瘢痕皮膚再生。  

 

研究目的

 

解決傳統(tǒng)氫療法（如吸入氫氣、注射富氫鹽水）的局限性——?dú)浞肿影胨テ诙獭⒕植繚舛鹊停_發(fā)一種能持續(xù)釋放高劑量氫分子的生物相容性敷料，以優(yōu)化深度燒傷愈合效果。  

 

研究思路

材料設(shè)計(jì)：  

 

通過超聲剝離法合成二維MSN納米片（厚度≈0.8 nm）。  

 

將MSN封裝于CS/HA水凝膠中形成功能性敷料。  

功能驗(yàn)證：  

 

體外：測(cè)試MSN的氫釋放動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞相容性及促血管生成能力。  

 

體內(nèi)：建立小鼠深度燒傷模型，對(duì)比敷料組與對(duì)照組的傷口閉合、血管新生及炎癥調(diào)控效果。  

機(jī)制探索：  

 

通過RNA測(cè)序、Western blot等技術(shù)解析氫分子調(diào)控巨噬細(xì)胞極化（M1→M2）及CCL2/VEGF信號(hào)通路的機(jī)制。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)、來源圖表及研究意義

氫釋放動(dòng)力學(xué)  

 

數(shù)據(jù)：MSN@CS/HA在pH 5.0–8.0的PBS中可持續(xù)釋氫約7天。  

來源：圖1d（氫釋放曲線）。  

 

意義：證實(shí)材料在傷口pH動(dòng)態(tài)變化環(huán)境下的長(zhǎng)效釋氫能力。  

皮膚穿透性  

 

數(shù)據(jù)：氫分子可穿透2 mm厚豬皮，8小時(shí)后濃度達(dá)52 μM。  

 

來源：圖1f（穿透實(shí)驗(yàn)裝置及結(jié)果）。  

 

意義：驗(yàn)證局部給藥的可行性，確保氫分子滲透至深層傷口。  

傷口閉合與血管新生  

 

數(shù)據(jù)：MSN@CS/HA組第7天傷口閉合率提高40%，血管密度（CD31?）增加2倍。  

 

來源：圖2b（傷口尺寸統(tǒng)計(jì)）、圖4（免疫熒光染色）。  

 

意義：證明敷料通過促血管生成加速愈合，減少纖維化。  

巨噬細(xì)胞極化  

 

數(shù)據(jù)：M2巨噬細(xì)胞比例增加3倍（CD206?），VEGF表達(dá)上調(diào)50%。  

 

來源：圖6（流式/免疫熒光）、圖5（Western blot）。  

 

意義：揭示氫分子通過CCL2介導(dǎo)的M2極化促進(jìn)血管新生。  

細(xì)胞活化  

 

數(shù)據(jù)：MSN清除ROS效率提高80%，內(nèi)皮細(xì)胞管狀結(jié)構(gòu)形成數(shù)量增加2.5倍。  

 

來源：圖3（ROS檢測(cè)、管形成實(shí)驗(yàn)）。  

 

意義：明確氫分子直接激活皮膚細(xì)胞的機(jī)制。  

 

結(jié)論

材料創(chuàng)新：MSN@CS/HA首次實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)7天的持續(xù)氫釋放，突破傳統(tǒng)氫療法的時(shí)效限制。  

 

治療優(yōu)勢(shì)：  

 

加速深度燒傷愈合，減少炎癥浸潤(rùn)，促進(jìn)毛囊再生。  

 

通過CCL2上調(diào)→M2極化→VEGF分泌→血管新生通路協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)無瘢痕再生。  

臨床潛力：材料降解產(chǎn)物（Mg2?、SiO?2?）生物相容性高，具備轉(zhuǎn)化前景。  

 

丹麥Unisense微電極測(cè)量數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀

 

技術(shù)原理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)備特性：Unisense氫微電極專用于檢測(cè)溶解氫分子，靈敏度達(dá)1 μM，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)變化。  

 

關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)：  

體外釋氫動(dòng)力學(xué)（圖1d）：將MSN@CS/HA浸入不同pH緩沖液（5.0–8.0），實(shí)時(shí)記錄氫濃度。  

 

皮膚穿透實(shí)驗(yàn)（圖1e-f）：構(gòu)建模擬裝置，將敷料與2 mm豬皮貼合，檢測(cè)氫分子穿透后的累積濃度。  

 

研究意義

量化長(zhǎng)效釋氫能力：  

 

電極數(shù)據(jù)直接證實(shí)MSN在生理pH范圍內(nèi)的超持久釋氫特性（持續(xù)7天），覆蓋傷口愈合全程（傳統(tǒng)材料<60小時(shí)）。  

 

關(guān)鍵數(shù)據(jù)：pH 5.0環(huán)境下，MSN@CS/HA的氫釋放速率比pH 8.0時(shí)快1.8倍，但仍維持>6天的持續(xù)釋放（圖1d），證明其對(duì)傷口pH動(dòng)態(tài)變化的適應(yīng)性。  

驗(yàn)證局部遞送效率：  

 

穿透實(shí)驗(yàn)顯示氫分子可快速穿透完整皮膚屏障（52 μM@8 h），濃度達(dá)治療閾值（>25 μM）。  

 

生物學(xué)關(guān)聯(lián)：該濃度與后續(xù)體內(nèi)抗炎效果（圖6中TNF-α下降40%）和血管密度提升（圖4c血管數(shù)量增加2倍）直接對(duì)應(yīng)。  

機(jī)制關(guān)聯(lián)性證據(jù)：  

 

持續(xù)釋氫曲線（圖1d）與血管新生時(shí)間窗（圖3f顯示6小時(shí)為管形成峰值）高度匹配，解釋為何MSN@CS/HA組在燒傷早期（≤7天）即顯效（圖2b）。  

 

52 μM穿透濃度（圖1f）與細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)（圖3d-e）中氫分子最佳激活濃度（50–100 μM）一致，為"局部高濃度氫激活皮膚細(xì)胞"提供實(shí)證。  

 

技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限

優(yōu)勢(shì)：  

 

高靈敏度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免傳統(tǒng)氣相色譜法的滯后性。  

 

穿透實(shí)驗(yàn)裝置模擬真實(shí)皮膚屏障，數(shù)據(jù)更具臨床參考價(jià)值。  

 

局限：  

 

無法區(qū)分組織內(nèi)氫分布梯度（如真皮 vs. 表皮）。  

 

需定制化設(shè)備，操作門檻較高。  

 

核心價(jià)值：Unisense電極數(shù)據(jù)是連接材料性能（長(zhǎng)效釋氫）與生物效應(yīng)（加速愈合）的關(guān)鍵橋梁，為新型氫療法敷料的臨床轉(zhuǎn)化奠定技術(shù)基礎(chǔ)。