Fabrication of Mechanically Adjustable Silk Fibroin-Based Hydrogels with Excellent Biocompatibility for Skin Wound Repair.

چکیده اصلی

Silk fibroin (SF) hydrogels have attracted widespread attention as promising wound dressings owing to their excellent biocompatibility and tunable structure. However, constructing SF hydrogels with easily adjustable mechanical properties and clarified structure-function relationships remains challenging. Herein, we fabricated a series of mechanically tunable SF hydrogels using ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE) as a biocompatible crosslinker. The epoxy groups of EGDE readily react with the nucleophilic amino and hydroxyl groups on SF chains via ring-opening reactions, forming stable covalent crosslinks. By systematically optimizing the SF concentration, crosslinker molar ratio, and reaction temperature, hydrogels with well-defined porous architectures, stable crosslinked networks, and favorable biosafety were obtained. Among them, the 150-90-1 hydrogel exhibited optimal comprehensive performance, with a compressive strength of ∼250 kPa, a tensile strength of ∼280 kPa, and an adhesion strength of ∼4.5 kPa to porcine skin. In vitro results confirmed that the hydrogel had cell viability above 90% and supported cell survival and proliferation. In vivo experiments using a mouse full-thickness skin wound model demonstrated that the hydrogel significantly accelerated wound closure, attenuated inflammatory infiltration, promoted re-epithelialization and collagen deposition, and enhanced angiogenesis by upregulating VEGF (28% at day 3; 47.8% at day 12) and CD31 (14.5% at day 3; 24.5% at day 12) while downregulating IL-6. Mechanistically, the negatively charged SF backbone enriched the positively charged endogenous VEGF through electrostatic interactions, and the hydrogel acted as a protective physical barrier to maintain a stable wound microenvironment. This work provides a facile strategy for developing mechanically adjustable SF hydrogels and elucidates their regulatory mechanism in wound repair, highlighting their great potential as safe and effective wound dressings.

ترجمه فارسی چکیده

هیدروژل‌های فیبروین ابریشم (SF) به دلیل بیوکامپاتیبل بودن عالی و ساختار قابل تنظیم، به عنوان پوشش‌های زخم جذابیت زیادی پیدا کرده‌اند. با این حال، ساخت هیدروژل‌های SF با خواص مکانیکی قابل تنظیم آسان و رابطه‌های روشن ساختار-عملکرد همچنان چالش‌برانگیز است. در اینجا، ما با استفاده از دی‌گلیکسیل اتر اتیلن (EGDE) به عنوان یک کروس‌لینکر بیوکامپاتیل، سری‌ای از هیدروژل‌های SF قابل تنظیم مکانیکی ساختیم. گروه‌های اپوکسی EGDE به راحتی با گروه‌های حامی (نوکلئوفیلیک) آمین و هیدروکسیل روی زنجیره‌های SF از طریق واکنش‌های بازگشایی حلقه واکنش می‌دهند و پیوندهای کووالانسی پایدار تشکیل می‌دهند. با بهینه‌سازی سیستماتیک غلظت SF، نسبت مولی کروس‌لینکر و دمای واکنش، هیدروژل‌هایی با معماری‌های متخلخل مشخص، شبکه‌های کروس‌لینکر شده پایدار و بیوسafety مطلوب به دست آمدند. در میان آنها، هیدروژل 150-90-1 عملکرد کلی بهینه را نشان داد که شامل استحکام فشاری حدود 250 کیلوپاسکال، استحکام کششی حدود 280 کیلوپاسکال و استحکام چسبندگی حدود 4.5 کیلوپاسکال به پوست خوک بود. نتایج in vitro تأیید کرد که هیدروژل دارای زیست‌زندگی سلولی بالای 90% بود و از بقا و تکثیر سلول پشتیبانی می‌کرد. آزمایش‌های in vivo با استفاده از مدل زخم پوست کامل موش نشان داد که هیدروژل به طور قابل توجهی بسته شدن زخم را تسریع کرد، نفوذ التهابی را کاهش داد، بازسازی اپیتلیال و رسوب کلاژن را تشویق کرد و angiogenesis را از طریق افزایش VEGF (28% در روز 3؛ 47.8% در روز 12) و CD31 (14.5% در روز 3؛ 24.5% در روز 12) در حالی که IL-6 را کاهش داد، تقویت کرد. از نظر مکانیکی، بک‌باند منفی SF غنی‌سازی VEGF اندوژن مثبت‌بار را از طریق تعاملات الکترواستاتیک غنی کرد و هیدروژل به عنوان یک موانع فیزیکی محافظ عمل کرد تا محیط میکروی زخم را پایدار نگه دارد. این کار استراتژی ساده‌ای برای توسعه هیدروژل‌های SF قابل تنظیم مکانیکی و توضیح مکانیسم تنظیمی آنها در ترمیم زخم را ارائه می‌دهد و پتانسیل بزرگ آنها به عنوان پوشش‌های زخم ایمن و مؤثر را برجسته می‌کند.

متن کامل اصلی