上交冯传良团队：手性超分子生物材料介导整合素调控重塑疤痕微环境

Chirality-Dependent Supramolecular Biomaterials Remodeling of Scar Microenvironment via Integrin-Mediated Regulation for Hypertrophic Scars Therapy

Xueqian Wang, Chengyao Han, Hongrui Shan, Jinjin Li, Beibei Wu, Yixin Zhang*, Ke Li* & Chuanliang Feng*

Nano-Micro Letters (2026)18: 343

https://doi.org/10.1007/s40820-026-02180-1

本文亮点

1. 无药手性策略，精准调控：设计了一种基于L-/D-苯丙氨酸衍生物的手性超分子生物材料(L/DP)，具有明确的手性纳米结构和光学活性。L型材料能够立体选择性调控整合素β1(ITGβ1)，为无药物治疗开辟新途径。

2. 信号通路调控，多维抑制：LP生物材料通过下调ITGβ1(72%)，显著抑制下游FAK/PI3K/AKT信号通路和TGF-β1激活，从而有效抑制成纤维细胞的过度增殖与迁移，实现了多维度的抗瘢痕效应。

3. 兔耳瘢痕模型显著疗效，优于常规药物：在兔耳增生性瘢痕(HS)模型中，LP材料减少瘢痕厚度54%、胶原沉积39%、α-SMA表达45%，疗效较常规药物治疗提高23%，展现出无痛、无药、高效的临床应用前景。

研究背景

增生性瘢痕(Hypertrophic Scars, HS)是一种以成纤维细胞过度激活和胶原过度沉积为特征的病理性瘢痕，常见于烧伤、创伤或手术后的伤口愈合过程。患者常因瘢痕的红肿、疼痛、瘙痒和功能障碍而严重影响生活质量。据统计，全球抗瘢痕疗法市场年销售额超过120亿美元，但现有治疗手段仍存在显著局限。

当前临床治疗方案主要包括手术切除、激光治疗、类固醇注射及硅胶贴片等。然而，手术费用高昂且复发率高；药物治疗常引发副作用如疼痛和组织萎缩，生物利用度低。因此，开发新型无药、无痛、高效的生物材料治疗策略具有重要的临床意义和市场价值。

整合素(Integrin)作为细胞表面的跨膜粘附受体，在瘢痕形成过程中发挥关键作用。研究表明，整合素β1(ITGβ1)可通过激活下游FAK/PI3K/AKT信号通路，进而促进TGF-β1的表达和成纤维细胞的过度增殖。因此，针对整合素信号轴的精准调控成为抗瘢痕治疗的重要策略方向。

内容简介

上海交通大学材料科学与工程学院冯传良教授团队与上海第九人民医院整复外科章一新团队合作，提出了一种基于手性超分子生物材料的增生性瘢痕新型治疗策略。该团队基于苯丙氨酸衍生物，通过分子自组装构建了具有明确手性纳米结构的超分子水凝胶材料。

研究发现，L型手性材料(LP)能够与瘢痕组织实现生物模拟整合，并通过立体选择性作用调控整合素β1(ITGβ1)的表达。在细胞层面，LP显著抑制了人源增生性瘢痕成纤维细胞(HSFs)的过度增殖，通过下调ITGβ1(72%)、抑制FAK/PI3K/AKT信号和TGF-β1激活，实现了多层次的瘢痕微环境调控。

在兔耳增生性瘢痕模型中，LP材料展现出卓越的治疗效果：瘢痕厚度减少54%、胶原沉积减少39%、α-SMA表达降低45%，疗效较常规药物治疗提高23%。这一手性指向的生物材料策略为无痛、无药、高效的瘢痕治疗提供了全新的解决方案。

图文导读

I 手性超分子生物材料的设计与构建

如图1所示，研究团队基于苯丙氨酸氨基甲酸酯与对苯二甲酰氯的缩合反应，合成了手性超分子凝胶因子L/D-DP。该分子通过非共价键作用(氢键和π-π相互作用)自发组装形成手性纳米纤维结构，进而与透明质酸(HA)共组装构建出具有生物相容性的复合水凝胶体系。圆二色谱(CD)和扫描电子显微镜(SEM)表征证实了其明确的手性结构和纳米纤维形貌。

这种手性超分子材料能够实现与瘢痕组织的生物模拟整合，并通过立体选择性作用精准调控整合素β1的表达，从而重塑瘢痕微环境，为增生性瘢痕的无药物治疗提供了新的策略。

图1. 手性超分子生物材料的设计理念及兔耳瘢痕治疗示意图。

II 材料的结构与性能表征

如图2所示，该研究系统展示了从分子设计到微针制剂的完整技术路径。在分子层面，研究团队以对苯二甲酰氯为骨架，通过分步缩合反应先后引入L-/D-苯丙氨酸甲酯和聚乙二醇链，成功构建出手性超分子凝胶因子D/LP；该分子依靠氢键和π-π堆积作用自发组装，形成明确的手性纳米纤维——其中L型呈现左手螺旋、D型呈现右手螺旋，体现了精确的对映体结构控制。为进一步实现透皮递送，研究团队将该凝胶体系与透明质酸(HA)复合，通过离心-真空填充工艺制备出具有储药腔的微针阵列；力学测试显示复合微针的机械强度显著优于纯HA微针，共聚焦层扫和三维重构图像证实其可有效穿透皮肤角质层并在组织中逐层释放。此外，微针在猪皮上的溶解动力学实验表明，该材料可在60分钟内逐步溶胀降解，展现出良好的生物相容性和可控释药特性。

图2. 手性超分子生物材料的制备与表征。

III 细胞相容性与增殖抑制效果

CCK-8和细胞活力检测实验表明，L/DP材料具有良好的细胞相容性，不引起明显的细胞毒性。重点的发现是，LP材料能够显著抑制人源增生性瘢痕成纤维细胞(HSFs)的过度增殖，而D型材料(DP)的抑制效果较弱，充分展现了手性效应的立体选择性(图3)。

细胞周期分析显示，LP处理将HSFs阻滞在G0/G1期，阻止细胞进入S期和G2/M期。此外，LP还能显著降低细胞迁移能力，这对于抑制瘢痕组织的侵袭性生长具有重要意义(图4)。

图3. 手性超分子材料对成纤维细胞生物相容性和增殖的调控作用。

图4. 手性超分子材料对成纤维细胞细胞周期的调控作用。

IV 整合素β1调控与信号通路调控

免疫印迹和蛋白免疫印迹实验结果显示，LP材料能够显著下调整合素β1(ITGβ1)的表达，下降幅度高达72%。ITGβ1的下调进一步抑制了其下游的FAK/PI3K/AKT信号通路，并降低了TGF-β1的表达水平。这种多层次的信号调控机制，是LP材料发挥抗瘢痕作用的核心分子基础(图5)。

值得注意的是，这种调控具有明显的立体手性选择性：L型材料的抑制效果显著强于D型材料，这与自然界中广泛存在的L-型氨基酸生物分子的生物学特性相一致，为手性材料的生物医学应用提供了有力证据(图6)。

图5. 手性超分子材料通过下调ITGβ1抑制FAK/PI3K/AKT信号通路和TGF-β1表达。

图6. 分子动力学模拟证实手性超分子材料对ITGβ1的立体选择性效应。

V 兔耳增生性瘢痕模型的疗效验证

研究者建立了兔耳增生性瘢痕模型来验证材料的体内治疗效果。宏观观察结果显示，与对照组和DP材料组相比，LP材料治疗组的瘢痕显著变平、变软，接近正常皮肤外观。

组织学分析进一步证实，LP材料能够显著减少瘢痕厚度(54%)、降低胶原沉积(39%)以及减少α-SMA表达(45%)。这些结果充分证明，手性超分子生物材料能够有效重塑瘢痕微环境，促进瘢痕的退行性重建。

图7. 兔耳增生性瘢痕模型中的治疗效果评估。

VI 与常规药物治疗的疗效对比

将LP材料与常规抗瘢痕药物(如吡非尼酮)进行对比研究，结果显示LP材料的整体疗效较药物组提高23%。更重要的是，LP材料治疗过程中未观察到明显的副作用(如组织刺激、红肿或疼痛)，而药物组则出现了一定的局部反应。

这一结果充分展现了手性超分子生物材料作为新型无药生物医学材料的优势：无需外源性药物载入，仅通过材料本身的手性结构与组织的生物物理作用即可实现治疗效果，为增生性瘢痕的安全有效治疗提供了新的思路。

VII 总结

本研究提出了一种基于手性超分子生物材料的增生性瘢痕新型治疗策略。通过合理设计基于L-/D-苯丙氨酸的超分子水凝胶材料，实现了对瘢痕组织中整合素β1的精准立体选择性调控。

研究发现，L型材料能够通过下调ITGβ1(72%)，显著抑制下游FAK/PI3K/AKT信号通路和TGF-β1激活，从而有效抑制成纤维细胞的过度增殖与迁移。在兔耳增生性瘢痕模型中，该材料展现出卓越的治疗效果，瘢痕厚度减少54%、胶原沉积减少39%、α-SMA表达降低45%，疗效较常规药物提高23%。

这一手性指向的生物材料策略为无痛、无药、高效的增生性瘢痕治疗提供了全新的解决方案，具有重要的临床转化前景。未来，该策略有望推广至其他纤维化疾病的治疗，如肝纤维化、心肌衰竭等，为手性生物医学材料的广泛应用开辟新的方向。

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2024 JCR IF=36.3，学科排名Q1区前2%，中国科学院期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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