特應(yīng)性皮炎(Atopic dermatitis, AD)是一種慢性炎癥性皮膚病，通常伴有嚴重的瘙癢。患者由于瘙癢而產(chǎn)生的不由自主搔抓是AD皮膚炎癥加重和持續(xù)的重要原因。一方面，搔抓產(chǎn)生的力學(xué)刺激會促進皮膚細胞分泌TSLP等炎癥因子，這會增強AD的炎癥，形成“癢撓循環(huán)”；另一方面，搔抓產(chǎn)生的力學(xué)刺激會直接破壞皮膚屏障，從而增強細菌及過敏原在皮膚組織中的浸潤，進而加重炎癥。此外，AD中急性炎癥導(dǎo)致的氧化應(yīng)激和力學(xué)搔抓的作用是高度耦合的：劇烈抓撓可增強氧化應(yīng)激并導(dǎo)致急性炎癥，而氧化應(yīng)激介導(dǎo)的炎癥可引起細胞對力學(xué)刺激的敏化，從而增強搔抓下細胞的炎癥反應(yīng)。現(xiàn)有的AD治療途徑側(cè)重于使用類固醇藥物和抗組胺藥減輕氧化應(yīng)激與急性炎癥，而針對搔抓的治療往往被忽視，力-化協(xié)同治療AD的效果同樣不清楚。

圖1 力-化協(xié)同治療特應(yīng)性皮炎的水凝膠敷料示意圖

針對上述問題，西安交通大學(xué)生命科學(xué)院與技術(shù)學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所(BEBC)以交大“大醫(yī)科＋強工科”模式為載體，充分利用多學(xué)科交叉和理工醫(yī)融合的優(yōu)勢，與西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院皮膚科耿松梅教授團隊合作，基于力學(xué)、材料學(xué)、皮膚病學(xué)等多學(xué)科交叉開發(fā)了一種多功能水凝膠皮膚敷料，首次實現(xiàn)了力-化協(xié)同治療特應(yīng)性皮炎。

圖2 力-化協(xié)同治療的HCPF水凝膠敷料可以緩解AD癥狀

該工作證明了力學(xué)信號通路關(guān)鍵蛋白黏著斑激酶(Focal adhesion kinase, FAK)磷酸化的增強與搔抓有關(guān)。在AD小鼠模型中，力學(xué)搔抓不僅加重了AD癥狀，同時增強了組織中磷酸化FAK的水平。隨后，團隊開發(fā)了一種基于硼酸酯的粘性、可拉伸、可自愈的多功能水凝膠敷料(HCPF)，負載了用于清除活性氧的聚多巴胺納米顆粒(PDA NPs)和脂質(zhì)體裝載的FAK抑制劑(FAKi-lipo)以協(xié)同治療AD。這種具有自愈性和抗菌性的水凝膠適用于AD皮膚獨特的搔抓和細菌環(huán)境。在細胞水平上，通過抑制FAK阻斷細胞力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可以有效減少大應(yīng)變拉伸導(dǎo)致的炎癥因子分泌以及細胞間連接關(guān)鍵蛋白E-Cadherin的破壞。在動物水平上，F(xiàn)AK抑制可以減少搔抓下皮膚屏障的破損以及皮膚的炎癥水平。整合FAK抑制和ROS清除的HCPF水凝膠敷料以力-化協(xié)同的方式取得了最佳的AD治療效果。

圖3 抑制FAK磷酸化可以減少搔抓導(dǎo)致的皮膚屏障損傷

該工作以“集成FAK抑制和ROS清除功能的水凝膠敷料用于特應(yīng)性皮炎的力-化協(xié)同治療” (Hydrogel dressing integrating FAK inhibition and ROS scavenging for mechano-chemical treatment of atopic dermatitis)為題，在《自然·通訊》(Nature Communications)上在線發(fā)表。西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點實驗室為論文第一作者單位和通訊作者單位。文章第一作者為西安交通大學(xué)生命學(xué)院賈淵博博士和西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院博士生胡佳輝，通訊作者為西安交通大學(xué)生命學(xué)院徐峰教授和西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院皮膚科耿松梅教授。文章其他作者包括博士生安克莉、趙強、黨陽，西安交通大學(xué)生命學(xué)院劉灝副教授和魏釗副教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)青年人才支持計劃等項目的資助。
西安交通大學(xué)仿生工程與生物力學(xué)研究所(BEBC)圍繞“科學(xué)研究-技術(shù)研發(fā)-工程應(yīng)用-臨床推廣”的學(xué)術(shù)思想和“臨床問題(BED)-實驗室研究(BENCH)-臨床應(yīng)用(BED)”的研究思路，在力學(xué)微環(huán)境領(lǐng)域開展了從組織到細胞和分子尺度的多尺度生物熱-力-電耦合學(xué)等基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，為闡明重大疾病的發(fā)病機理和臨床診療提供有效的理論指導(dǎo)和技術(shù)方案。特別是近年來，在生物力學(xué)和力學(xué)生物學(xué)的研究基礎(chǔ)上，通過工程學(xué)手段，將不同尺度的力學(xué)調(diào)控引入疾病治療，開展了一系列基于生物力學(xué)和力生物學(xué)的力醫(yī)學(xué)(mechanomedicine)研究，相關(guān)代表性研究成果發(fā)表于Nature Materials(2017，2022)、Nature Chemistry(2019)、Nature Biomedical Engineering(2020，2021)、PNAS (2022，2023)、Nature Communications(2022，2021)、Science Advances(2019)等期刊。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-38209-x