FGF1を担持したヘパリン化シルクフィブロインハイドロゲルが全厚皮膚切除ラットの創傷治癒を促進する

Heparinized silk fibroin hydrogels loading FGF1 promote the wound healing in rats with full-thickness skin excision.

• Sirong He
• Dan Shi
• Zhigang Han
• Zhaoming Dong
• Yajun Xie
• Fengmei Zhang
• WenXin Zeng
• Qiying Yi

抄録

背景:

ボムビックスモリの繭から得られるシルクフィブロインヒドロゲルは、その優れた生体適合性と免疫原性および生分解性の少ない特性により、創傷治癒に対する潜在的な効果を有することが示されている。多くの研究により、シルクフィブロインは創傷被覆材として有望な材料であることが示唆されており、in vitroでは様々なヒト細胞の接着と増殖をサポートすることができる。しかし、トランスレーショナル・エビデンスの欠如により、皮膚修復への臨床応用は困難な状況にあります。本研究では、ヘパリン固定化フィブロインハイドロゲルの安全性と有効性を十分に評価するための前臨床試験を実施し、全厚皮膚切除ラットの創傷の上にFGF1（ヒト酸性線維芽細胞増殖因子1）を送達することを目的としたヘパリン固定化フィブロインハイドロゲルを作製した。開発したフィブロインハイドロゲルの創傷治癒効率を、臨床で使用されているキトサンと比較して、ラットの全厚創傷モデルで評価しました。

BACKGROUND: Silk fibroin hydrogel, derived from Bombyx mori cocoons, has been shown to have potential effects on wound healing due to its excellent biocompatibility and less immunogenic and biodegradable properties. Many studies suggest silk fibroin as a promising material of wound dressing and it can support the adhesion and proliferation of a variety of human cells in vitro. However, lack of translational evidence has hampered its clinical applications for skin repair. Herein, a heparin-immobilized fibroin hydrogel was fabricated to deliver FGF1 (human acidic fibroblast growth factor 1) on top of wound in rats with full-thickness skin excision by performing comprehensive preclinical studies to fully evaluate its safety and effectiveness. The wound-healing efficiency of developed fibroin hydrogels was evaluated in full-thickness wound model of rats, compared with the chitosan used clinically.

結果:

製造したフィブロインゲルの吸水率,膨潤率,累積FGF1放出率及び生分解率を測定した。その結果、良好な吸水性を有する再生フィブロインゲルは、12時間で最大17.3倍まで急速に膨潤し、15日以内に40.48±1.28%のゲルが消失した。さらに、ヘパリン化ハイドロゲルはFGF1の効果的な放出挙動を有していることが示唆された。その後、ラットに全厚皮膚切除を行い、ヘパリン化フィブロインハイドロゲルで固定化した組換えヒトFGF1を無処理または被覆したまま放置した。創傷治癒部位の真皮形成とコラーゲン沈着を観察するために、ヘマトキシリン・エオシン（HE）およびマッソンのトリクローム（MT）染色を用いた組織学的評価を行った。フィブロインハイドロゲル処理によって誘導された創傷治癒機構を評価するために、創傷治癒スクラッチおよび細胞増殖アッセイを行ったところ、フィブロインハイドロゲルとFGF1の両方が線維芽細胞L929細胞の増殖および遊走を促進することがわかった。

RESULTS: The water absorption, swelling ratio, accumulative FGF1 releasing rate and biodegradation ratio of fabricated hydrogels were measured. The regenerated fibroin hydrogels with good water uptake properties rapidly swelled to a 17.3-fold maximum swelling behavior over 12 h and a total amount of 40.48 ± 1.28% hydrogels was lost within 15 days. Furthermore, accumulative releasing data suggested that heparinized hydrogels possessed effective release behavior of FGF1. Then full-thickness skin excision was created in rats and left untreated or covered with heparinized fibroin hydrogels-immobilized recombinant human FGF1. The histological evaluation using hematoxylin and eosin (HE) and Masson's trichrome (MT) staining was performed to observe the dermic formation and collagen deposition on the wound-healing site. To evaluate the wound-healing mechanisms induced by fibroin hydrogel treatment, wound-healing scratch and cell proliferation assay were performed. it was found that both fibroin hydrogels and FGF1 can facilitate the migration of fibroblast L929 cells proliferation and migration.

結論:

本研究は、絹フィブロインが創傷治癒ドレッシングとして創傷治癒を促進することを前臨床試験で系統的に証明し、創傷修復・再生の新しい治療法への応用を目指した基盤を確立するものである。

CONCLUSION: This study provides systematic preclinical evidence that the silk fibroin promotes wound healing as a wound-healing dressing, thereby establishing a foundation toward its further application for new treatment options of wound repair and regeneration.