CeNP@SiO2:构建、性能及其在急性皮肤创伤愈合中的应用

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目的:构建一种由超小氧化铈纳米粒子修饰的二氧化硅(CeNP@SiO2)纳米组装体,探究其抗氧化性能、释药性能、生物相容性及其在急性皮肤创伤愈合中的应用,揭示其在皮肤创伤愈合中的作用机制,为开发一种新型促皮肤创伤愈合纳米制剂提供思路。方法:以化学热分解法合成出超小粒径的氧化铈纳米粒子(CeNP),并对其进行表面溴基化修饰。用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、选区电子衍射仪、X射线粉末衍射仪及元素分析仪对CeNP的尺寸、形貌、组成、晶型与结构进行表征。以十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)为模板、水为溶剂,通过溶胶-凝胶法合成二氧化硅(SiO2)纳米球,并对其进行表面氨基化修饰。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对SiO2的尺寸、形貌、组成、结构进行表征,借助全自动比表面分析仪对SiO2的比表面积和孔径进行检测,通过紫外可见分光光度计对其释药性能进行分析。修饰后的Ce NP纳米粒子和SiO2纳米球通过亲核取代反应获得CeNP@SiO2纳米组装体。探索反应物用量对产物形貌的影响。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、Mapping元素分析仪对CeNP@SiO2纳米组装体的尺寸、形貌、结构及组成进行表征。以阿魏酸(FA)为药物模型,分别研究了SiO2纳米球和CeNP@SiO2纳米组装体的释药性能。通过体外细胞实验,研究CeNP@SiO2纳米组装体对细胞骨架肌动蛋白及细胞间相互作用、细胞摄取性能、抑菌活性及对过氧化氢诱导的氧化应激反应性能等。通过建立急性皮肤创伤动物模型,评估CeNP@SiO2纳米组装体对急性皮肤创口愈合的影响,并利用组织化学染色法对创面组织进行病理学评价。结果:1.合成出直径约3 nm、形貌规整、尺寸均一、分散均匀的氧化铈多晶纳米粒子。获得直径约30 nm、尺寸均一、分散良好的多孔状SiO2纳米球,其比表面积为280m2·g-1,孔径为3.5 nm。相同浓度的CeNP和SiO2纳米分散液以3:1的体积比反应时,产物大部分粘连在一起、形貌不典型、分散性差。当CeNP和SiO2纳米分散液的体积比调整为5:1时,形貌典型,且分散性好。单纯的阿魏酸和阿魏酸负载的SiO2在4 h时药物累积释放率均达到最大,分别为93%和62%。而阿魏酸负载的CeNP@SiO2纳米组装体在4 h时的药物累计释放率仅20%,72 h时药物累计释放率稍微升高到30%。2.经CeNP@SiO2纳米组装体处理后,细胞表面的黏着斑蛋白和细胞骨架肌动蛋白均无明显异常变化。当RITC-SiO2、RITC-CeNP@Si O2材料与细胞共孵育4 h时,细胞胞质内均有较多RITC标记的纳米材料。大肠杆菌经过SiO2纳米球、CeNP@SiO2纳米组装体处理后,空白对照组OD值为4.30,Ce NP@SiO2纳米组装体OD值为1.80,SiO2纳米球的OD值为0.75。空白对照组的OD值约为SiO2纳米球OD值的6倍、CeNP@SiO2纳米组装体OD值的2.5倍。但绿脓杆菌经过SiO2纳米球、CeNP@SiO2纳米材料处理后,各组OD值差异较小。3.分别与无H2O2刺激的空白对照组、H2O2刺激的阳性对照相比,经H2O2刺激及SiO2纳米球处理的细胞,其DCF荧光信号明显增强。而经H2O2刺激及CeNP@SiO2纳米组装体处理的细胞,其DCF荧光信号强度无明显差异。以SD大鼠皮肤创伤面为模型,空白对照组、SiO2纳米球实验组及CeNP@SiO2纳米组装体实验组治疗在10天后,大鼠创面分别由原始的2 cm缩小到4 mm、8 mm、8 mm。创面组织经苦味酸天狼猩红染色,发现空白对照组和SiO2纳米球组的创伤组织胶原沉积均较少,而CeNP@SiO2纳米组装体治疗后的创伤胶原沉积出现明显增多。创面组织经Masson三色染色,发现CeNP@SiO2纳米组装体治疗组随着治疗天数的增加,?-平滑肌肌动蛋白表达以及创伤区肉芽组织内皮肤附属器类似结构的生成也不断增加。结论:1.两步法可成功构建出具有良好释药性能的CeNP@SiO2纳米组装体。2.合成的CeNP@SiO2纳米组装体具有较好的生物相容性和抗菌活性,尤其对大肠杆菌的增殖具有明显的抑制作用。3.CeNP@Si O2纳米组装体是通过清除细胞内ROS水平的作用机制,促进SD大鼠皮肤创面的愈合,并能够有效促进创面胶原蛋白的沉积与?-平滑肌肌动蛋白的表达,进而改善伤口愈合质量。
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