Biodegradable and Biocompatible Piezoelectric Nanofiber Mat for Wound Dressing

用于伤口敷料的可生物降解和生物相容性压电纳米纤维垫

基本信息

  • 批准号:
    10220853
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.76万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Chronic and non-healing wounds, caused by diseases and physical injuries, are a major medical problem worldwide. Wound dressings are important components for wound treatment. They have been extensively developed to simultaneously obtain various capabilities which facilitate (1) hemostasis, (2) bacterial prevention, (3) thermal insulation, (4) exudate absorbability, and (5) cell/moisture retention in injured or damaged tissues. Despite many encouraging results, current wound dressings still struggle to possess all of the desired properties. Physical stimulations using ultrasound, negative pressures, hydrotherapy and electricity have been also reported as supplements to wound dressing for promoting healing rate. Yet, all of these adjuvant approaches are still at immature stages with limited applications in clinical settings. Nanofiber mats have appeared to be an appealing platform for wound dressing. Due to their inherent nanostructures with high surface-to-volume ratio and high porosity, the mats enable an enhanced hemostasis, excellent retention of cells and moisture, and high absorption of exudate. Hypothetically, a hybridization of nanofiber dressings with physical stimulations such as ultrasound and electrical therapies will provide a synergistic effect to significantly promote wound healing. In this regard, The PI has recently developed a new bioresorbable and biocompatible piezoelectric polymer of poly-L-lactide acid or PLLA (PNAS, 115 (5) 909-914, 2018), which can convert mechanical deformation into useful electricity for stimulating wound healing. Here we propose for the first time a unique approach, utilizing a new biodegradable piezoelectric nanofiber scaffold of PLLA, which is subjected to acoustic-pressure of non- invasive ultrasound (US), to enhance wound healing. Our main hypothesis/scientific premise is that the piezo-PLLA nanofibers under applied US will generate useful surface charge which together with excellent wound-healing properties of the nanofibers will create a synergistic effect to suppress bacterial infection, facilitate exudate drainage, promote proliferation of fibroblasts and enable rapid formation of collagen for re- epithelialization, consequently promoting wound healing. To demonstrate this premise, the project will have three specific aims; Aim 1 is to characterize piezoelectric surface charge, generated by the electrospun PLLA nanofiber mat under applied US in vitro. Aim 2 is to assess activities of fibroblast and epithelial-cells on the piezoelectric PLLA nanofiber mat with ultrasound stimulation and other wound dressing properties of the nanofibers in vitro. And aim 3 is to demonstrate the use of this nanofiber mat and applied US for promoting healing of full-thickness skin wound in vivo.
抽象的 由疾病和身体伤害引起的慢性和不愈合的伤口是一个主要的医疗问题 全世界。伤口敷料是伤口治疗的重要组成部分。他们已被广泛 开发用于同时获得多种功能,促进(1)止血,(2)细菌预防, (3) 隔热,(4) 渗出液吸收性,以及 (5) 受伤或受损组织中的细胞/水分保留。 尽管取得了许多令人鼓舞的结果,但当前的伤口敷料仍难以拥有所有所需的特性。 还报道了使用超声波、负压、水疗和电的物理刺激 作为伤口敷料的补充,以促进愈合率。然而,所有这些辅助方法仍处于起步阶段。 不成熟阶段,在临床环境中的应用有限。纳米纤维垫似乎是一种有吸引力的 伤口敷料平台。由于其固有的纳米结构具有高表面积与体积比和高 多孔性,垫子能够增强止血能力,出色地保留细胞和水分,并具有高吸收性 的渗出物。假设,纳米纤维敷料与超声波等物理刺激的混合 和电疗法将提供协同效应,显着促进伤口愈合。对此, PI最近开发了一种新型生物可吸收和生物相容性聚-L-丙交酯压电聚合物 酸或 PLLA (PNAS, 115 (5) 909-914, 2018),可以将机械变形转化为有用的电力 用于刺激伤口愈合。在这里,我们首次提出一种独特的方法,利用一种新的 可生物降解的 PLLA 压电纳米纤维支架,可承受非声压 侵入性超声(美国),以促进伤口愈合。我们的主要假设/科学前提是 压电-PLLA 纳米纤维在应用超声下会产生有用的表面电荷,并具有优异的 纳米纤维的伤口愈合特性将产生协同效应,抑制细菌感染,促进 渗出物引流,促进成纤维细胞增殖,使胶原蛋白快速形成,以重新 上皮化,从而促进伤口愈合。为了证明这一前提,该项目将有三个 具体目标;目标 1 是表征由电纺 PLLA 纳米纤维产生的压电表面电荷 垫下应用美国体外。目标 2 是评估压电上成纤维细胞和上皮细胞的活性 PLLA纳米纤维垫具有纳米纤维体外超声刺激和其他伤口敷料性能。 目标 3 是展示这种纳米纤维垫的用途并应用超声来促进全层愈合 体内皮肤伤口。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Biodegradable piezoelectric skin-wound scaffold.
可生物降解的压电皮肤伤口支架。
  • DOI:
    10.1016/j.biomaterials.2023.122270
  • 发表时间:
    2023-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    14
  • 作者:
    Ritopa Das;Thinh;Benjamin Schiff;Meysam T. Chorsi;Jinyoung Park;Priscilla Lam;Andrew Kemerley;Ajayan M Supran;Amit Eshed;Ngoc Luu;Nikhil G. Menon;T. Schmidt;Hanzhang Wang;Qian Wu;M. Thirunavukkarasu;Nilaanjana Maulik;Thanh D. Nguyen
  • 通讯作者:
    Thanh D. Nguyen
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