Understanding fibrin-mediated immunomodulation in wound healing

项目总结： -- 手术引起的急性创伤和慢性创伤、创伤性皮肤损伤、糖尿病、糖尿病和神经代谢综合征的发病率较高。 在价格上升的同时，仅在美国南部，就有超过300万人受到影响，每年造成数百亿美元的损失。 成功的伤口愈合经历了凝血/炎症、细胞增殖、修复和重塑等几个阶段。 最终导致组织再生障碍和/或收缩和瘢痕形成。巨噬细胞是皮肤生长过程中必不可少的介质。 进展过程经历了这三个阶段，即对外部治疗药物的调节有反应的细胞和细胞。然而，不可溶的细胞和细胞 介导巨噬细胞与这些材料相互作用的机械因素以及其他创伤后的效应器仍然存在。 这在很大程度上是未知的。我将建议我们使用免疫学和生物工程技术的方法来进一步改进我们的新工具和新工作。 填补了这一未得到满足的临床试验需求。在我们之前的工作中，我们证明了纤维蛋白是临床试验的主要临床成分。 细胞外基质、小鼠骨髓来源的巨噬细胞来源的骨髓基质(BMDM)偏向于一种新的抗炎因子。 表型在体外表现出来，抑制了细胞因子对包括内毒素在内的强有力的炎症性刺激的反应。 来自小鼠全层皮肤和创口的初步数据显示，小鼠的创口有抗炎作用。 通过精氨酸酶、诱导型一氧化氮合酶、和Yap基因在巨噬细胞中的表达，检测到肌成纤维细胞的表达和标志物α的减少。 平滑肌肌动蛋白(ASMA)与纤维蛋白联合治疗，这表明巨噬细胞-肌成纤维细胞之间的相互作用具有重要作用。 此外，软凝胶(1.2kPa.)和硬凝胶(840kPa.)都被证明可以增加巨噬细胞。 炎症性细胞因子的分泌在一些刻板印象的异物免疫反应系统(如TTNFa)中被发现，特别是在中间体。 僵硬表现出较低的细胞分泌，这表明这是一个非常机械的和免疫调节的甜蜜点。 工程师用纤维蛋白-聚乙二醇水凝胶，机械地为巨噬细胞和免疫调节能力进行了优化，因此适用。 他们将在体外共培养中进行实验，以进一步确定巨噬细胞-成纤维细胞-纤维蛋白的相互作用和动力学，并对这一假说进行检验。 中等硬度的纤维蛋白和水凝胶(~140 kpa)将最好地促进抗炎和巨噬细胞。 表型，并促进了肌成纤维细胞收缩能力的降低。我的目标也是进一步定义纤维蛋白的作用机制。 水凝胶可以调节巨噬细胞的表型，从而在体内实现伤口愈合和再生，而不是完全使用。 皮肤厚度和伤口厚度在野生型黑手党和选择性黑手党免疫细胞衰竭模型(巨噬细胞-黑手党，)中。 Clodroome；;(中性粒细胞-抗GR1，B-细胞-抗CXCL13)。我将主要使用组织学、流式细胞术、DNA和RNA-seq来检测。 上述假说认为，中等硬度的纤维蛋白-聚乙二醇水凝胶(~140 kpa)不会加速伤口的溶解和愈合。 组织再生是通过促进抗炎和巨噬细胞表型来实现的。 纤维蛋白增强的创面愈合技术将有助于我们更好地了解生理学创面的修复，这将是关键。 为合理设计一种新颖的医疗疗法奠定了基础，为患者提供了更好的伤口护理服务。

PROJECT SUMMARY    The incidence of acute and chronic wounds from surgery, traumatic injury, diabetes, and metabolic syndrome is  on  the  rise,  affecting  over  three  million  people  in  the  US  alone  and  costing  tens  of  billions  of  dollars  a  year.   Successful wound healing progresses through coagulation/inflammation, proliferation, and remodeling phases,  culminating  in  tissue  regeneration  and/or  contraction  and  scarring.  Macrophages  are  essential  mediators  of  progression  through  these  stages,  and  responsive  to  external  therapeutic  modulation.  Yet,  the  soluble  and  mechanical factors mediating macrophage interactions with these materials and other wound effectors remain  largely unknown. I propose to use immunology and bioengineering approaches to improve our tools and work to  fill  this  unmet  clinical  need.  Our  previous  work  demonstrated  that  fibrin,  a  major  component  of  the  provisional  extracellular  matrix,  skews  murine  bone  marrow  derived  macrophages  (BMDM)  towards  an  anti-­inflammatory  phenotype in vitro, suppressing the stereotyped cytokine response to potent inflammatory stimuli, including LPS.  Preliminary  data  from  5  mm  full-­thickness  skin  wounds  in  mice  showed  anti-­inflammatory  skew  in  the  wound,  measured by Arginase, iNOS, and YAP expression in macrophages, and diminished myofibroblast marker alpha  smooth muscle actin (aSMA) with fibrin treatment, suggesting a role for macrophage-­myofibroblast interactions  in the wound. Additionally, both soft (1.2 kPa) and stiff (840kPa) gels have been shown to increase macrophage  secretion of inflammatory cytokines seen in the stereotyped foreign body response (e.g. TNFa), with intermediate  stiffness  showing  lower  secretion,  indicating  a  mechanical  sweet  spot  for  immunomodulation.  I  propose  to  engineer fibrin-­PEG hydrogels, mechanically optimized for macrophage immunomodulatory capacity, and apply  them to in vitro cocultures to determine macrophage-­fibroblast-­fibrin interaction dynamics and test the hypothesis  that  fibrin  hydrogels  of  moderate  stiffness  (~140  kPa)  will  best  promote  anti-­inflammatory  macrophage  phenotype, facilitating decreased myofibroblast contractility. I also aim to define the mechanisms by which fibrin  hydrogels  modulate  macrophage  phenotype  to  achieve  wound  healing  and  regeneration  in  vivo,  using  a  full  thickness  skin  wound  model  in  wild  type,  and  selective  immune  cell  depletions  models  (macrophage-­  MAFIA,  clodrosome;; neutrophil-­ anti-­GR1, B-­cell-­anti-­CXCL13). I will use histology, flow cytometry, and RNA-­seq to test  the hypothesis that fibrin-­PEG hydrogels of moderate stiffness (~140 kPa) will accelerate wound resolution and  tissue  regeneration  by  promoting  anti-­inflammatory  macrophage  phenotype.  Understanding  the  mediators  of  fibrin-­enhanced  wound  healing  will  help  us  better  understand  physiologic  wound  repair,  and  will  lay  the  groundwork for rational design of novel therapeutics, and better wound care for patients.