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用于无瘢痕角膜修复的仿生生物活性水凝胶

Biologically inspired bioactive hydrogels for scarless corneal repair.

作者信息

Huang Jianan, Jiang Tuoying, Qie Jiqiao, Cheng Xiaoyu, Wang Yiyao, Ye Yang, Yang Zhuoheng, Yan Hongji, Yao Ke, Han Haijie

机构信息

Eye Center, the Second Affiliated Hospital, School of Medicine, Zhejiang University, Zhejiang Provincial Key Laboratory of Ophthalmology, Zhejiang Provincial Clinical Research Center for Eye Diseases, Zhejiang Provincial Engineering Institute on Eye Diseases, Hangzhou 310009, P. R. China.

MOE Laboratory of Biosystems Homeostasis and Protection and College of Life Sciences-iCell Biotechnology Regenerative Biomedicine Laboratory, College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, P. R. China.

出版信息

Sci Adv. 2024 Dec 20;10(51):eadt1643. doi: 10.1126/sciadv.adt1643. Epub 2024 Dec 18.

Abstract

Corneal injury-induced fibrosis occurs because of corneal epithelial basement membrane (EBM) injury and defective regeneration. Corneal fibrosis inhibition and transparency restoration depend on reestablished EBM, where the collagen network provides structural stability and heparan sulfate binds corneal epithelium-derived cytokines to regulate homeostasis. Inspired by this, bioactive hydrogels (Hep@Gel) composed of collagen-derived gelatins and highly anionic heparin were constructed for scarless corneal repair. Hep@Gel resembled the barrier function of the EBM regarding surface-confined binding, long-time sequestration, and progressive degradation of IL-1, TGF-β, and PDGF-BB, which robustly inhibited the apoptosis and myofibroblast transition of keratocytes. Animal models of rabbits and nonhuman primates confirmed that Hep@Gel effectively limited the influx of inflammatory and fibrotic cytokines from the epithelium into the stroma to down-regulate the wound healing cascade, contributing to better vision quality with 73% reduced fibrosis. Hep@Gel offers a solution for preventing corneal injury-induced scarring and substituting for lamellar keratoplasty to remove scarring.

摘要

角膜损伤诱导的纤维化是由于角膜上皮基底膜(EBM)损伤和再生缺陷所致。角膜纤维化的抑制和透明度的恢复取决于重新建立的EBM,其中胶原网络提供结构稳定性,硫酸乙酰肝素结合角膜上皮衍生的细胞因子以调节体内平衡。受此启发,构建了由胶原衍生的明胶和高阴离子肝素组成的生物活性水凝胶(Hep@Gel)用于无瘢痕角膜修复。Hep@Gel在表面受限结合、长时间隔离以及IL-1、TGF-β和PDGF-BB的渐进性降解方面类似于EBM的屏障功能,这有力地抑制了角膜细胞的凋亡和成肌纤维细胞转变。兔和非人灵长类动物模型证实,Hep@Gel有效地限制了炎症和纤维化细胞因子从上皮向基质的流入,从而下调伤口愈合级联反应,使纤维化减少73%,有助于提高视力质量。Hep@Gel为预防角膜损伤诱导的瘢痕形成以及替代板层角膜移植术以去除瘢痕提供了一种解决方案。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/d29c/11654680/4b36bd6dd073/sciadv.adt1643-f1.jpg

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