摘要
糖尿病慢性傷口愈合是臨床面臨的一大挑戰(zhàn)，其病理微環(huán)境呈現(xiàn)高糖、缺氧、慢性炎癥和細(xì)胞功能障礙的惡性循環(huán)，單一傳統(tǒng)敷料難以有效促進(jìn)上皮再形成、膠原沉積和血管再生。本研究提出了一種新型可注射自愈雙交聯(lián)水凝膠，集“動(dòng)態(tài)交聯(lián)”和“共價(jià)結(jié)合”于一體，旨在具有抗菌、抗氧化、抗炎和促愈合等多功能性。
一、水凝膠的合成和表征
CSF和OSH基于席夫堿反應(yīng)，混合后會(huì)自發(fā)凝膠化。通過(guò)前期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CSF/OSH的體積比為1/2時(shí)，CSF/OSH具有更好的理化性能和基本成型能力。從紅外光譜曲線可以看出，CSF/OSH雙交聯(lián)（D）水凝膠中雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的氨基和羧基之間形成了穩(wěn)定的酰胺鍵，以及酯鍵的存在。結(jié)晶度結(jié)果表明交聯(lián)后，CSF二級(jí)結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定的Silk II結(jié)構(gòu)增加，分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)棣?折疊結(jié)構(gòu)。CSF/OSH（D）水凝膠具有更致密和更均勻的多孔結(jié)構(gòu)，這種多孔結(jié)構(gòu)使氧氣和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠在水凝膠的 3D 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)自由運(yùn)輸。這是由于CSF/OSH（D）水凝膠體系中同時(shí)存在亞胺、酰胺和酯鍵，導(dǎo)致材料的交聯(lián)密度增加和交聯(lián)位點(diǎn)數(shù)量增加。
圖 1. 水凝膠合成
圖2.水凝膠的表征
二、 可注射自愈CSF/OSH(D)水凝膠
水凝膠的流變性能主要體現(xiàn)在凝膠性和粘彈性上。時(shí)間掃描圖像結(jié)果顯示，單一交聯(lián)水凝膠的儲(chǔ)能模量（G'）和損耗模量（G”）在 1800 秒的測(cè)試后仍保持穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)凝膠化過(guò)程已完成。掃頻測(cè)試表明CSF/OSH單交聯(lián)（S）水凝膠的彈性模量（G'）隨著角頻率逐漸增加。
振蕩應(yīng)變掃描曲線結(jié)果顯示，測(cè)試初期CSF/OSH（S）、（D）水凝膠的G’和G”保持平行，說(shuō)明此時(shí)水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較均勻，沒(méi)有發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)松弛或破壞。在PBS中孵育24小時(shí)后的溶脹性能結(jié)果顯示，CSF/OSH (D) 顯示出相對(duì)較低程度的腫脹。體外降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“動(dòng)態(tài)-共價(jià)”雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以有效減少凝膠中兩種組分的質(zhì)量損失，從而顯著降低其降解率。流變測(cè)試結(jié)果顯示，CSF/OSH（S）和（D）水凝膠的機(jī)械行為表現(xiàn)出顯著的應(yīng)變依賴性狀態(tài)。剪切速率掃描結(jié)果顯示，CSF/OSH（S）和（D）水凝膠的復(fù)合粘度隨著剪切速率的增加而逐漸降低，表明CSF/OSH（S）和（D）水凝膠均具有一定的可注射性能。在 37℃ 下粘度流變測(cè)試結(jié)果顯示，粘度隨著溫度升高而降低，隨著剪切速率的增加而降低。
圖 3. CSF/OSH (D) 水凝膠的性能
圖4. CSF/OSH (D)水凝膠的自愈性能和可注射性能
三、體外實(shí)驗(yàn)
抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CSF/OSH (D) +AE（蘆薈提取物）組中的水凝膠對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有優(yōu)異的抗菌性能。CSF/OSH (D)水凝膠中的AE通過(guò)凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)釋放到DPPH測(cè)試溶液中，并在其中發(fā)揮抗氧化活性。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，水凝膠均表現(xiàn)出具有良好的細(xì)胞相容性，CSF/OSH (D) +AE 水凝膠在促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移方面也表現(xiàn)出良好的性能。
圖5. CSF/OSH (D) +AE 水凝膠的體外抗菌結(jié)果
圖6. CSF/OSH (D) + AE 水凝膠的生物相容性測(cè)試
四、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)
為了了解CSF/OSH（D）+AE水凝膠在真實(shí)傷口上的愈合情況，建立了糖尿病小鼠模型。結(jié)果顯示，CSF/OSH（D）+AE水凝膠組的傷口愈合速度明顯快于其他組。治療第14天，CSF/OSH（D）+AE水凝膠組已形成完整的表皮和真皮結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)大量新生血管和毛囊，同時(shí)表現(xiàn)出最豐富的膠原蛋白沉積，傷口愈合逐漸進(jìn)入重塑階段：新生血管逐漸消退，CD31的陽(yáng)性表達(dá)也逐漸減少，促進(jìn)膠原蛋白重組，疤痕形成減弱。
圖7. CSF/OSH (D) +AE 水凝膠的傷口愈合和組織學(xué)結(jié)果
圖 8. CSF/OSH (D) +AE 水凝膠促進(jìn)的傷口閉合動(dòng)力學(xué)的定量分析
總結(jié)與展望
本研究通過(guò)席夫堿反應(yīng)的雙重交聯(lián)成功制備了基于陽(yáng)離子化絲素蛋白/氧化透明質(zhì)酸（CSF/OSH）的可注射自修復(fù)水凝膠。實(shí)驗(yàn)表明，雙交聯(lián)水凝膠具有良好的生物相容性，能夠促進(jìn)細(xì)胞粘附和遷移。它具有足夠的機(jī)械性能來(lái)支撐材料結(jié)構(gòu)免于塌陷，同時(shí)低膨脹率確保材料不會(huì)因吸收組織液而膨脹并壓縮傷口周?chē)慕M織。雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為席夫堿鍵和酰胺鍵，支持材料實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的基本水凝膠性能。最重要的是，它們賦予 CSF/OSH (D) 水凝膠自愈和可注射的特性。這兩種特性使得CSF/OSH（D）水凝膠材料能夠通過(guò)人工干預(yù)精確覆蓋傷口，并且水凝膠的自愈性能增強(qiáng)了材料的穩(wěn)定性和使用壽命。負(fù)載蘆薈提取物后，抗菌、抗炎特性進(jìn)一步增強(qiáng)，使其能夠應(yīng)對(duì)糖尿病傷口氧化應(yīng)激和細(xì)菌感染的雙重挑戰(zhàn)。在糖尿病小鼠模型中，與對(duì)照組相比，CSF/OSH（D）+AE水凝膠促進(jìn)了7/14天的愈合率，同時(shí)增加了膠原沉積和新生血管密度。這項(xiàng)工作開(kāi)創(chuàng)了一種針對(duì)絲-透明質(zhì)酸混合物的工程共價(jià)交聯(lián)策略，將可注射性和自主自愈能力集成到糖尿病傷口管理中。由此產(chǎn)生的多功能平臺(tái)提供了最佳的生物力學(xué)適應(yīng)、促再生生物活性和病原體抑制，共同解決慢性傷口愈合的三方挑戰(zhàn)。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.149595
作者介紹
趙薈菁 ，女，博士，教授，碩士生導(dǎo)師
研究方向：生物醫(yī)用紡織/非織造材料，生物醫(yī)用微納米材料。入選2019年江蘇省“雙創(chuàng)人才”雙創(chuàng)博士 。入選2018年南通市通州區(qū)“510人才計(jì)劃”。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、江蘇省高校自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、江蘇省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目及特別資助項(xiàng)目、南通市自然科學(xué)基金等。
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