拓扑定向纤维水凝胶通过调控细胞时序反应实现无疤愈合

本研究针对生物材料拓扑结构如何精确调控伤口愈合中细胞动态的难题，开发了光化学交联胶原-壳聚糖水凝胶体系。通过调控纤维排列结构（非纤维L组、随机纤维T+L组、定向纤维C+L组），发现定向拓扑结构可促进成纤维细胞定向排列、早期肌成纤维细胞分化及M2型巨噬细胞极化，最终在大鼠模型中实现7天内完全上皮化且无疤痕愈合，为高端敷料设计提供了拓扑学策略。

　　

尽管生物材料拓扑结构对伤口愈合的重要性已被广泛认知，但精确控制的各向异性水凝胶架构如何调控皮肤再生的细胞动力学仍不明确。本研究通过光化学交联技术开发出具有可控各向异性纤维结构的胶原(chitosan)-壳聚糖(collagen)水凝胶，通过调节光交联与胶原自组装顺序，成功构建了非纤维结构(L组)、随机纤维结构(T+L组)以及定向各向异性纤维结构(C+L组，辅以塑性压缩实现)。体外实验表明，定向纤维拓扑结构能促进成纤维细胞定向排列、加速早期肌成纤维细胞分化，并引导巨噬细胞向抗炎M2表型极化。在动物模型中，C+L水凝胶通过协调调控细胞反应序列，在7天内实现完全上皮化(re-epithelialization)，同时显著抑制疤痕形成。这种定向各向异性结构 orchestrate 了最优愈合时序：起始于肌成纤维细胞驱动的伤口收缩，继之以M2巨噬细胞主导的再生阶段，最终实现无疤痕修复，包括表皮结构重建、生理性组织厚度恢复及功能性血管网络形成。该研究证实精确控制胶原纤维排布可优化全愈合级联反应，为同步促进快速创面闭合与高质量组织再生的先进敷料提供了拓扑学策略。