二、生物活性玻璃对创面修复的动物学研究

虽然体外研究已证实生物活性玻璃对包括巨噬细胞、成纤维细胞及内皮细胞在内的参与创面修复的多种关键细胞具有重要的调控作用，但考虑到体外细胞培养环境与体内生理/病理环境存在巨大差异，通过动物创面模型研究机体内生物活性玻璃对创面修复的作用并探讨相关的机制具有重要意义。

（一）生物活性玻璃抗炎抗菌性能对创面修复的影响

在创面修复进程中，炎症反应是创面受损后修复的开始阶段，它以中性粒细胞和吞噬细胞的浸润为特征。中性粒细胞能清除创面的外来颗粒物及细菌，并通过结痂或巨噬细胞的吞噬等生理过程将其排出创面。随着炎症反应的发生，单核细胞进入创面并激活变成巨噬细胞。巨噬细胞的出现对创面修复非常关键，由于巨噬细胞能分泌多种有利于创伤修复的因子如PDGF、VEGF等，在它们和其他化学趋化因子的作用下，肉芽组织开始形成，创面的修复阶段开始从炎症期过渡到组织修复期，预示着增生阶段将要开始。对于正常创面来说，炎症反应可以为创面修复做好前期准备，如清除坏死组织、抵抗细菌侵袭、募集和激活成纤维细胞等，它是一个自我限制的过程。与之不同的是，慢性难愈性创面的炎症反应只能引起更为严重的炎症和进一步的损伤。在急性创面中，中性粒细胞在创面受损约72小时后即会消失，而慢性创面中，它们会出现在整个愈合过程中，这可能是由外伤、组织受到压迫、细菌过度繁殖、白细胞捕捉或缺血再灌注引起的。因此，修复材料的抗炎抗菌性能对于创面修复，尤其是慢性难愈性创面的修复，是非常关键的。

早在20世纪80年代，Wilson等报道了生物活性玻璃与软组织接触时的生物相容性，实验结果表明其不会引起动物的炎症反应，且植入的生物活性玻璃材料上有组织的长入和黏附，甚至将它们植入在剪切应力会引起颗粒微移动的部位，这一结果也不受影响，说明胶原组织和生物活性玻璃已在体内牢牢结合。这些早期研究是将生物活性玻璃引入软组织修复界的重要尝试。事实上，45S5生物活性玻璃界面和软组织稳定的结合是生物活性玻璃临床应用于中耳修复的理论基础。Rectenwald等将生物活性玻璃植入腹腔，发现其可减轻内毒素引起的炎症反应，并可能跟生物活性玻璃引起的IL-6水平变化相关。

前期研究表明，生物活性玻璃可通过调控巨噬细胞分泌炎症因子来抑制炎症反应的发生。Dong等通过大鼠全层皮肤缺损模型创面修复实验表明，生物活性玻璃通过调控巨噬细胞行为降低了创面的炎症反应周期，创面中可见更少的中性粒细胞及巨噬细胞，并加快了创面修复。基于糖尿病等难愈合创面长期处于炎症反应状态的情况，这些结果提示生物活性玻璃可能会对糖尿病创面等慢性难愈性创面的长期炎症反应具有很好的抑制效果。陈晓峰课题组等将45S5生物活性玻璃、传统溶胶-凝胶生物活性玻璃58S和微纳米生物活性玻璃应用于糖尿病大鼠全层皮肤缺损创面，发现三种生物活性玻璃在创面愈合初期能在创面表层形成一层由生物活性玻璃、炎性细胞和创面渗出液组成的黄色膜状物，它们均能加快创面的愈合速度，和对照组相比，其炎症反应程度减轻、巨噬细胞出现和消失更快，最终诱导了糖尿病难愈合创面的快速愈合。同时，他们还发现生物活性玻璃复合制剂可减轻糖尿病创面的炎症反应，使创面修复过程中的炎症反应阶段较快结束，使创面修复提早进入后续的组织增殖期，加快了糖尿病创面的愈合进程。此外，将静电纺丝法制备的含胶原/聚己内酯/生物活性玻璃敷料应用于糖尿病难愈合创面，发现其可加快糖尿病创面炎症反应的结束，并促进创面的修复。研究表明，生物活性玻璃释放的活性离子可能在这些抗炎过程中起到关键的作用，加快了创面的愈合。

此外，生物活性玻璃还具有抗菌功能。Zhang等发现生物活性玻璃的抗菌效果可随着pH和碱性离子含量的升高而增强。不过生物活性玻璃的抗菌作用也和细菌的种类相关，它们对需氧细菌有较好的抑制效果。Mortazavi等评价了溶胶-凝胶法制备的58S、63S和72S纳米生物活性玻璃颗粒的抗菌性能，结果发现58S和63S对大肠杆菌、假单胞杆菌、伤寒杆菌、金黄色葡萄球菌有很好的抑菌效果，这与zhang等的发现一致，说明生物活性玻璃的抗菌性能与其成分及溶出离子密切相关。Hu等在家兔皮肤创口模型上研究对比了含银纳米生物活性玻璃和普通含银生物活性玻璃的抗菌效果，结果发现，含银纳米生物活性玻璃对大肠杆菌具有更强的抑菌性能。

综上所述，生物活性玻璃具有抗炎抗菌性能，这种性能可能跟生物活性玻璃的组成及其释放的活性离子密切相关，应用于创面修复后，能加快创面中炎症反应的结束，使创面快速进入增殖阶段，从而促进创面修复。由于过度的炎症反应是导致糖尿病等慢性创面难愈的重要原因之一，生物玻璃的抗炎抗菌性能将有希望在修复慢性难愈性创面方面展现出优异的疗效。

（二）生物活性玻璃对创面生长因子分泌及血管化的影响

创面修复过程中，新血管的快速形成保证了新生肉芽组织的氧气和营养需求，是创面修复的重要步骤。血管再生受多种因素的影响，主要依赖于创面周边组织的细胞外基质、内皮细胞等。血管再生过程受多种生长因子的调控，一开始FGF家族起主导作用，随后，其他生长因子如VEGF、TGF-β、血管生成素、血管生成素-1和血小板反应素等也参与其中。此外，含氧量低和乳酸含量过高也可能会刺激血管再生。这些细胞因子可通过刺激巨噬细胞或内皮细胞产生碱性成纤维细胞和血管内皮生长因子，从而诱导血管的形成。创面中被激活的表皮细胞也能产生大量的VEGF、bFGF等，它们为修复初期的血管化提供了有力的基础，而血管内皮细胞生长因子则对创面修复4～7天即肉芽组织形成时期的血管化过程很关键。

快速诱导血管化的能力对于生物材料促进组织再生和修复过程是至关重要的。但是，将生长因子载入生物材料中仍存在一定的技术难题，并且花费昂贵，因此，急需一种新的有效的方法来更好地促进血管化进程，利用生物材料本身来促进血管化不失为一个明智的选择。体外研究表明45S5生物玻璃能增加细胞血管化因子的表达，不管是细胞直接还是间接和45S5生物玻璃颗粒或和其浸提液离子产物接触。近几年，关于生物活性玻璃在促进创面组织血管化方面的体内研究得到了快速发展。Gerhardt等发现微纳米生物活性玻璃复合聚乳酸支架可刺激VEGF的高表达，大鼠皮下移植实验表明，复合支架材料的血管化程度更高。值得注意的是，生物活性玻璃促进血管化的能力是浓度依赖性的，过高浓度的生物活性玻璃可抑制组织血管化。陈晓峰课题组也发现，合适的浓度条件下，纳米生物活性玻璃能上调血管再生相关基因VEGF、bFGF的主要受体及它们的下游调节基因内皮型一氧化氮合成酶的表达，并能刺激内皮细胞中VEGF、bFGF蛋白的表达，由于这些基因和蛋白的调节作用，内皮细胞增殖、迁移速率提高，加速了血管再生的进程，应用到糖尿病创面发现，生物活性玻璃组激发了创面修复相关的生长因子VEGF和bFGF的分泌，创面组织的血管化速度加快，为糖尿病创面的快速愈合打下了良好的基础。同时，通过对生物活性玻璃/胶原复合膜的研究发现，如图9-6所示，复合膜可能通过激活HIF-1α-VEGF信号通路加快糖尿病难愈创面的血管化进程，使得创面中的血管数量更多，也更为成熟，从而提高了创面的愈合速率。掺杂铜硼酸盐的生物活性玻璃也可提高创面中生长因子VEGF和bFGF的分泌，显著加快全层皮肤缺损创面的血管化程度，并促进胶原的形成和重塑，加快创面修复。此外，已有研究报道了将硼酸盐生物活性玻璃纳米纤维应用于临床糖尿病创面，发现它可促进创面的愈合，并能减少瘢痕组织的产生，这些效果可能也跟生物活性玻璃能加快创面的血管化密切相关。

综上所述，生物活性玻璃可调控参与创面修复细胞如巨噬细胞、成纤维细胞及内皮细胞等的生物学行为，促进其增殖、分化或分泌生长因子，加快创面的上皮化或血管化，同时，生物活性玻璃可减轻创面的炎症反应，共同促进创面的快速愈合。