一直以来，烧烫伤由于伤口部位的组织坏损和易受细菌感染而愈合缓慢。近几年来，干细胞疗法因为其弥补伤口部位缺失的细胞，促进伤口愈合，且副作用低等优势，已经被广泛用于医疗市场。然而，因为干细胞的活性容易受到溶剂和高分子量聚合物的影响，这限制了干细胞疗法与纳米纤维敷料相结合。因此我们亟需一种可以提高干细胞活性，并且能够使干细胞与纳米纤维协同作用的策略。
近日，青岛大学龙云泽&张俊教授团队在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上，发表了最新研究成果“Dual-channel constructed polycaprolactone/chitosan/stem cells nanofibers with superior activity for burns and scalds”。研究者利用改进的双通道手持式静电纺丝装置，电喷干细胞的同时电纺纳米纤维，制备出了具有卓越的干细胞活性的复合聚已内酯/壳聚糖纳米纤维（MSCs/PCL/CS纤维）薄膜。在处理烧烫伤模型下表现出优异的促进伤口愈合的能力。
图1：使用双通道静电纺丝装置的原位电喷干细胞和电纺纳米纤维示意图。
如图1，这种干细胞电喷雾装置实现了干细胞在纤维之间的均匀分布，而不是在纤维表面上的均匀分布。该原位便携式装置增强了纳米纤维对伤口的粘附性。该装置可以防止干细胞与纺丝溶液的直接接触，从而克服了有毒有机溶剂限制干细胞应用的问题，为溶剂和纺丝高分子材料提供了更多的选择。
图2：干细胞的两种分布。
图2a、b为MSCs/PCL/CS纤维的SEM图像和光学显微镜图像。图2a中出现致密的球形体，说明干细胞MSCs均匀分布在PCL/CS纤维表面。此外，从图2b可以看出，在更大的宏观视场内，通过比较定量细胞的平均表面密度，证明了干细胞MSCs均匀分布在纤维膜上。为了更好的比较，研究者使用常规的C-ES（细胞-静电纺丝）法制备了MSCs@PCL/CS纤维。图2c、d所示为MSCs@PCL/CS纤维的SEM图像和显微镜图像。从图2d可以清楚地看到，干细胞MSCs被包裹在纤维内部，沿纤维分布，不均匀且稀疏。在负载的干细胞MSCs一致的情况下，MSCs@PCL/CS纤维中干细胞MSCs的不均匀分布是由于静电纺丝过程中干细胞MSCs的聚集造成的，这会影响干细胞在伤口部位的后续功能。干细胞的均匀分布可以保证敷料充分发挥其功能。
图3：材料的组成成分和接触角。
图3a为材料的FTIR光谱。MSCs/PCL/CS纤维的FTIR光谱显示，PCL中的C—O在1730 cm−1处有一个特征峰，该峰来源于PCL。在3335 cm−1处有一个宽峰，比PCL/CS更突出。进一步进行接触角测试，如图3b所示。与PCL/CS膜相比，MSCs/PCL/CS膜和MSCs@PCL/CS膜的接触角明显减小，这是由于细胞的亲水性降低了接触角，增强了膜的亲水性。MSCs/PCL/CS膜比MSCs@PCL/CS膜表现出更强的亲水性，因为MSCs/PCL/CS膜中的MSCs均匀而密集地分布在纤维外，与水有更大的接触面积，而MSCs@PCL/CS膜中的大多数MSCs被包裹在纤维内。事实上，纤维膜具有较好的亲水性，有利于吸收过多的创面渗出物，从而加速创面愈合。
图4：材料的生物相容性和生物活性。
作为伤口敷料，必须保证材料无毒。为此，研究者进行了细胞相容性实验，并将该材料与小鼠成纤维细胞（L-929）共培养（图4a）。与MSCs/PCL/CS相比，PCL/CS具有相似的生物相容性，表明材料与干细胞MSCs均无毒。为了直观地分析材料的生物相容性，在第1天、第2天和第3天对三种材料进行了CCK-8评估（图4b），MSCs@PCL/CS组获得的细胞数量介于MSCs/PCL/CS组和PCL/CS组之间，可能是因为MSCs@PCL/CS组中有少量干细胞MSCs未被包封在纤维中。为了研究电喷雾和静电纺丝法对干细胞存活的影响，测量了对照组、MSCs@PCL/CS组和MSCs/PCL/CS组培养1小时、2小时和3小时后CCK-8的OD值，如图4c所示，可以看出，MSCs/PCL/CS组的OD值在3h内呈正趋势，说明该材料中的干细胞MSCs仍具有活性。这证明了干细胞MSCs不与纺丝溶液接触的可以使干细胞MSCs存活更长的时间。
图5：材料对烫伤创面模型的体内治疗效果。
为了观察MSCs/PCL/CS对烧伤烫伤创面愈合的影响。研究者建立了大鼠烫伤创面模型。实验分为对照组、PCL/CS组、MSCs@PCL/CS组和MSCs/PCL/CS组。如图5a所示，很明显，在第7天，MSCs/PCL/CS组已经结痂，边缘开始脱落。此时，MSCs@PCL/CS组的结痂尚未脱落。第15天，MSCs/PCL/CS组结痂完全脱落，创面明显缩小。观察MSCs/PCL/CS组创面愈合优于MSCs@PCL/CS组。这可能是因为:伤口组织中的间充质干细胞在细胞水平上直接促进了伤口的恢复。进一步模拟创面面积，以便更直接地观察各组创面恢复效果（图5b），并对创面愈合面积进行定量分析（图5c），也反映了上述结果。
进一步对创面进行了组织病理学检查。HE染色结果如图5d所示。第7天，MSCs/PCL/CS组开始结痂，第15天，与MSCs@PCL/CS相比，MSCs/PCL/CS组恢复了正常的上皮组织和肉芽组织，显示出更好的促进伤口愈合的能力。这可能是因为大量存活的间充质干细胞在伤口部位发挥了有益的作用。进一步通过Masson染色分析创面胶原沉积情况（图5e）。与其他三组相比，MSCs/PCL/CS组深蓝色胶原纤维（绿色箭头所示）密度最大，胶原纤维最多。第15天，MSCs/PCL/CS组形成正常上皮组织。
图6：干细胞外分泌和抗菌能力。
为了进一步分析MSCs促进伤口愈合的机制，研究者对伤口组织液进行了EGFR的免疫荧光染色（图6a）。结合EGFR的平均荧光强度（图6b），MSCs/PCL/CS组EGFR含量高于MSCs@PCL/CS组。这可能是因为MSCs@PCL/CS组含有更多的MSCs。为了探索MSCs是否会影响EGF的产生，进一步进行了酶联免疫吸附试验（ELISA）来测定EGF（图6c、d）。通过图6c的拟合曲线，得出仅用L-929培养的细胞上清中EGF浓度为6.37 pg mL−1，而与L-929和MSCs共培养的细胞上清中EGF浓度为8.85±0.18 pg mL−1（图6d）。这表明MSCs本身可以产生EGF。
研究者测试了伤口组织液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌能力，以证明MSCs在伤口部位可以发挥一定的抗菌作用。如图6e所示。MSCs/PCL/CS组和MSCs@PCL/CS组的菌落数量明显少于对照组，说明含有MSCs的创面组织液中含有抗菌物质。MSCs/PCL/CS组抗菌效果优于MSCs@PCL/CS组。这也表明MSCs可以起到抗菌作用，这与已有的研究结果一致。
综上，这项工作首次提出原位电喷涂干细胞MSCs与原位电纺丝PCL/CS纳米纤维的结合，成功制备了具有卓越干细胞活性的复合PCL/CS纳米纤维薄膜。设计并研制了原位双通道复合静电纺丝装置，拓宽了溶剂的选择范围，提供了一种多选择、易于操作、快速有效的治疗方法，可用于慢性伤口的处理和急救措施，为临床应用提供了新的解决方案。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2026.151101
人物简介：
龙云泽，青岛大学物理学院教授，先进纳米纤维创新研究院院长，山东省中法纳米纤维和光电器件合作研究中心主任，山东省高等学校国际合作联合实验室（静电纺丝功能微纳米纤维）主任，全国模范教师，教育部新世纪优秀人才，山东省泰山学者，山东省有突出贡献的中青年专家，山东省杰青，国际先进材料学会fellow。长期从事静电纺丝功能纳米纤维的制备以及在能源催化、伤口敷料、过滤分离、传感器、纺织面料等方面的应用。在Chem Soc Rev, Prog Polym Sci, Prog Mater Sci, Nature Mater, Nature Commun, Adv Mater, Angew Chem, npj Clean Water, ACS Nano等发表论文500多篇（入选全球前2%顶尖科学家以及中国高被引学者）；参编英文专著13本；授权国内专利140余项，国外专利7项，转让/许可专利17项。获中国发明创业奖创新奖一等奖、国防科技创新大赛一等奖、山东省自然科学奖二等奖、北京市科学技术奖二等奖、中国产学研合作创新成果奖二等奖等。
张俊，青岛大学物理学院教授，山东省中法纳米纤维和光电器件合作研究中心副主任，山东省高等学校国际合作联合实验室（静电纺丝功能微纳米纤维）副主任，青岛市纳米空滤技术专家工作站首席专家。2016年加入龙云泽教授课题组，主要研究静电纺丝装置的开发以及纳米纤维材料在光学、抗菌敷料、能源和催化材料等领域的应用。在Advanced Functional Materials, Nano Energy, Materials Horizons, Chemical Engineering Journal, Small等发表论文80余篇；参编英文专著4本。研究成果曾被科技日报、青岛日报社、新浪网等媒体报道。2020年荣获国防科技创新大赛一等奖，2023年荣获中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖。
