一、研究背景

在过去的几年里，组织工程材料经历了一个显着的扩展，并已广泛应用于各个医学学科。这些材料在医学上有多种用途，如协助伤口愈合，替代血管和心脏瓣膜，重建盆腔器官脱垂和修复腹壁疝，促进骨和神经再生，甚至在肿瘤治疗中作为治疗剂。组织工程材料有多种形式，包括电纺纤维、水凝胶、微球、脂质体、纳米颗粒等。通过深思熟虑的设计，调查研究揭示了这些生物材料具有调节局部免疫反应、促进组织愈合和促进功能恢复的能力。尽管这些材料具有很好的潜力，但它们的外源性常常诱发宿主免疫反应，导致各种并发症，包括机械包封、慢性无菌炎症、感染和复发。因此，将局部环境导向抗炎轨道和减轻宿主对生物材料的免疫反应仍然是组织工程材料的固有挑战。

免疫系统以精确的控制和平衡运作。在最佳生理条件下，免疫系统是一种强大的防御机制，可以抵御外部刺激，保护内部环境，维持体内平衡。然而，它的失调是多种疾病的核心。免疫系统包括先天免疫和适应性免疫，通过多种免疫细胞和细胞因子发挥作用。强免疫细胞包括巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、肥大细胞和自然杀伤细胞。相比之下，适应性免疫细胞包括T细胞和B细胞以及其他类型的细胞。这些免疫细胞在遇到病原体、外来物质和其他刺激时被招募和激活，使抗原的呈递和炎症介质的分泌成为可能，如白细胞介素- 1 （IL - 1）、IL - 6、肿瘤坏死因子- α (TNF - α)以及抗炎因子如IL - 4和IL - 10。

生物材料和免疫系统之间存在着复杂的相互作用。植入后，纤维蛋白原、纤维连接蛋白、白蛋白、免疫球蛋白、补体蛋白等黏附蛋白迅速粘附在生物材料表面，形成蛋白层。这些蛋白随后被抗原呈递细胞（apc）如dc识别，触发随后的宿主免疫反应。在早期阶段，中性粒细胞通过吞噬死细胞和吸引炎症细胞到患处发挥关键作用。随着时间的推移，巨噬细胞逐渐浸润并成为主要细胞群，表现出促炎和抗炎表型，并最终通过其表型转变的程度和速度决定结果。肥大细胞和淋巴细胞也不同程度地参与反应。

除了材料植入引起的宿主免疫反应外，植入部位往往表现出异常的免疫反应，最终导致组织再生受损，因此需要材料发挥免疫调节作用来促进再生。例如，肿瘤的进展是免疫逃避和肿瘤微环境的结果，其特征是酸性和活性氧（ROS）水平的增加。用于肿瘤应用的材料有望表现出调节活性氧的能力，从而阻碍肿瘤的持续增殖。此外，过度或不适当的免疫反应会阻碍伤口愈合或导致纤维化。应用于持久皮肤伤口的材料被设想具有调节持久炎症反应的能力，从而在抑制感染的发生和疤痕的发展的同时促进伤口。因此，生物材料必须尽量减少其固有的免疫原性，并优先考虑其免疫调节能力，以防止对身体的二次伤害和慢性炎症反应的潜在持续性，最终促进目标器官稳态的恢复。

在再生医学蓬勃发展的今天，免疫工程策略得到了广泛的应用。这些方法作为生物材料概念的基本设计原则。实施免疫工程策略的目标是控制植入生物材料与宿主免疫反应之间的相互作用，引导其促进再生。这项努力的目的是防止发生强烈的排斥反应，减轻植入部位的潜在炎症。浓度扩展到免疫细胞，免疫因子，甚至信号通路的调节领域，所有这些都达到了设计材料固有的免疫调节功能。

在众多生物材料中，通过静电纺丝设备制备的电纺丝纤维因其在免疫工程策略中的适用性而脱颖而出，其优点包括大的表面体积比、高孔隙率、类似细胞外基质（ECM）的三维（3D）结构、卓越的生物相容性和良好的载药能力。例如，在应用免疫工程策略后，它们可以通过巨噬细胞极化和中性粒细胞聚集来实现免疫调节，突出了它们令人印象深刻的免疫调节能力（图1）。然而，目前还没有一个全面的概述来阐明静电纺丝免疫工程对免疫细胞的影响，并总结了用于调节免疫过程的策略。为了更新再生医学中基于电纺丝纤维的免疫工程的现有知识，本文综述了各种免疫细胞和纤维设计范围内的免疫调节策略，包括表面修饰，药物负载，物理化学参数，和生物移植，旨在引导有利于组织再生的免疫方向（图2）。这项工作旨在为未来设计基于电纺丝的免疫工程材料提供有价值的见解，以应对当前的挑战和前景。

图1.电纺丝纤维在组织修复过程中的免疫调节潜能

图2.基于电纺丝纤维的免疫工程示意图。

二、摘要

免疫工程是再生医学中的一个新兴领域，涉及一系列优化组织再生生物材料与宿主组织之间复杂相互作用的策略。这些策略适用于不同类型的生物材料和各种疾病模型，包括在免疫细胞和因子水平上精细调节免疫反应，旨在减轻损伤部位可能出现的纤维化和持续炎症等不良反应，从而促进组织再生。近年来，随着静电纺丝技术的不断进步，静电纺丝纤维的免疫调节能力引起了人们的广泛关注。通过静电纺丝设备制备的电纺丝纤维具有细胞外基质样特性、高表面积体积比和可靠的药物合成能力，已成为组织工程材料中的关键角色。这篇综述特别关注了基于电纺丝纤维的免疫工程的作用，强调了它们独特的设计策略。值得注意的是，静电纺丝通过四种基本策略来调节免疫反应，积极参与免疫工程：(i)表面修饰，（ii）载药，（iii）理化参数和（iv）生物嫁接。本文综述了损伤组织中免疫系统的复杂机制，同时揭示了电纺丝纤维协调免疫调节的关键策略。此外，本文还对电纺纤维免疫调节功能的发展趋势和局限性进行了综述，旨在推动基于电纺纤维的免疫工程的发展，以充分发挥其潜力。

三、结论

一般来说，生物材料与免疫系统有着复杂而不可分割的联系。免疫系统的激活程度往往决定着疾病的前景和生物材料的命运。植入的外来生物材料会引发宿主的免疫反应。 设计良好的生物材料有可能在局部环境中调节免疫微环境。在现有的各种生物材料中，通过电纺丝技术制造的纤维在调节局部免疫方面最具潜力。这是因为它们具有优异的生物相容性、高孔隙率、高表面体积比和稳定的药物释放率。

图3.电纺丝设备、机制和工艺示意图。