东华大学张耀鹏、姚响，301医院阎丽《Compos Part B-Eng》：缓释双重生长因子的丝素蛋白电纺支架治疗急性肝衰
急性肝衰竭（Acute Liver Failure, ALF）作为一种临床危重症，虽发病率相对较低，但其死亡率高达40%以上，已成为全球医疗领域亟待突破的救治难题。当前临床实践中，虽然肝移植是目前唯一有效的根治手段，但供体短缺、免疫排斥等问题严重限制了其临床应用，导致多数患者难以获得及时救治。在此背景下，肝脏组织工程通过生物支架材料构建、种子细胞定向分化及微环境精准调控的三维再生策略，展现出突破传统治疗局限的巨大潜力，正成为再生医学领域备受关注的研究方向。
近日，东华大学先进纤维材料全国重点实验室张耀鹏研究员、姚响副研究员团队联合中国人民解放军总医院（301医院）阎丽教授团队以高浓度再生丝素蛋白（RSF）水溶液为原料，采用静电纺丝技术构建了负载高活性肝细胞生长因子（HGF）和成纤维细胞生长因子（FGF-4）的RSF支架（命名为RSF/HGF/FGF-4）。进一步详细研究了RSF/HGF/FGF-4支架对脂肪间充质干细胞（ADSCs）增殖和成肝分化的影响，并利用mRNA转录组测序（mRNA-seq）技术揭示其可能的机制。此外，采用四氯化碳（CCl4）诱导的ALF动物模型，深入评估了RSF/HGF/FGF-4支架治疗ALF的有效性，研究思路如图1所示。
图1 本文核心研究思路示意图
结果显示，RSF和RSF/HGF/FGF-4支架的孔隙率和直径无显著差异，均呈现出无规排列、表面光滑且疏松多孔的表面形貌特征。然而，HGF和FGF-4的复合显著增加了RSF支架的亲水性。随后，研究者考察了RSF/HGF/FGF-4支架在更换或不更换孵育液（PBS）的条件下两种生长因子的缓释行为（图2）。结果表明：当定期更换孵育液时，HGF和FGF-4在16天内的累积释放率分别约为24.8%和20.0%；而当不更换孵育液时，HGF和FGF-4在相同时间内的累积释放率则分别为4.7%和4.2%。
图2 RSF/HGF/FGF-4支架的在更换或不更换孵育液条件下的生长因子缓释行为
体外细胞实验表明，RSF/HGF/FGF-4支架不仅表现出良好的细胞相容性，而且具有优异的促ADSCs成肝分化的能力（图3）。有趣的是，RSF/HGF/FGF-4+ADSCs组比RSF+HGF+FGF-4+ADSCs组（直接在细胞培养基中添加生长因子）更利于促进ADSCs的粘附、增殖和成肝分化。这可能是由其增强的亲水性以及纤维表面相对“高浓度生长因子微环境”综合作用所致。进一步通过mRNA转录组测序分析发现，RSF/HGF/FGF-4+ADSCs很可能是通过激活PI3K-Akt信号通路促进ADSCs的成肝分化（图4）。
图3 不同支架的体外促成肝分化效果
图4 不同组别的mRNA转录组测序分析情况
研究者进一步将复合有干细胞的支架（RSF/HGF/FGF-4+ADSCs）植入ALF小鼠受损肝脏表面后发现，该复合物能够显著降低炎症反应、同时促进肝组织损伤修复。此外，相较于RSF支架，RSF/HGF/FGF-4支架也更利于ADSCs在体内微环境中的募集和定植（图5）。最终，在双重生长因子缓释和干细胞定植及旁分泌效应的协同作用下，RSF/HGF/FGF-4+ADSCs表现出更佳的肝功能修复、血管重建及胆管再生效果（图6）。
图5 不同支架的细胞相容性及细胞定植能力评估
图6 不同支架的体内ALF治疗效果
综上，该研究通过水体系静电纺丝技术，成功制备了可长效缓释高活性HGF和FGF-4的功能化电纺支架RSF/HGF/FGF-4。与纯RSF支架相比，RSF/HGF/FGF-4支架的细胞相容性明显更优、且能更好地通过激活PI3K-Akt信号通路促进ADSCs的成肝分化，其促进成肝的效果甚至优于直接在细胞培养基中添加生长因子的组别。进一步将ADSCs与RSF/HGF/FGF-4支架结合发现，该复合体（RSF/HGF/FGF-4+ADSCs）还展现了优秀的生物相容性和ALF治疗能力，这很可能得益于双重生长因子的缓释和干细胞归巢及旁分泌效应的有效协同。相关研究为制备具有多重高活性生长因子缓释功能的静电纺丝支架提供了重要参考和借鉴，同时有望为肝衰竭及其他软组织相关疾病治疗策略的开发提供重要指导。
近日，相关研究成果以“Silk fibroin electrospun scaffolds with sustained dual release of growth factors enhance acute liver failure treatment”为题发表在高水平期刊Composites Part B: Engineering上。论文共同第一作者分别为东华大学博士生刘晓娇、中国人民解放军总医院硕士生史潇楠和张大旭。共同通讯作者分别为东华大学姚响副研究员、张耀鹏研究员和中国人民解放军总医院阎丽教授。中国人民解放军总医院硕士生赵烁、胡婧婧，东华大学硕士生欧阳秦君和湖北文理学院副教授殷焦为本论文共同作者。该工作得到了国家自然科学基金面上项目、上海市科委国际合作项目和中央高校基本科研业务费自由探索项目等的经费支持。
原文信息：
X. Liu#, X. Shi#, D. Zhang#, S. Zhao, J. Hu, Q. Ouyang, J. Yin, X. Yao*, Y. Zhang*, L. Yan*. Silk fibroin electrospun scaffolds with sustained dual release of growth factors enhance acute liver failure treatment. Compos Part B-Eng, 2025, 296,112260.
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112260.
