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、慢性炎癥和細胞功能障礙的惡性循環(huán)，單一傳統(tǒng)敷料難以有效促進上皮再形成、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“動態(tài)交聯(lián)”和“共價結(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)，混合后會自發(fā)凝膠化。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CSF/OSH的體積比為1/2時，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)自由運輸。這是由于CSF/OSH（D）水凝膠體系中同時存在亞胺、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。時間掃描圖像結(jié)果顯示，單一交聯(lián)水凝膠的儲能模量（G'）和損耗模量（G”）在 1800 秒的測試后仍保持穩(wěn)定狀態(tài)，此時凝膠化過程已完成。掃頻測試表明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，測試初期CSF/OSH（S）、（D）水凝膠的G’和G”保持平行，說明此時水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較均勻，沒有發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)松弛或破壞。在PBS中孵育24小時后的溶脹性能結(jié)果顯示，CSF/OSH (D) 顯示出相對較低程度的腫脹。體外降解實驗結(jié)果表明，“動態(tài)-共價”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。流變測試結(jié)果顯示，CSF/OSH（S）和（D）水凝膠的機械行為表現(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、體外實驗
抗菌實驗結(jié)果表明，CSF/OSH (D) +AE（蘆薈提取物）組中的水凝膠對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通過凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)釋放到DPPH測試溶液中，并在其中發(fā)揮抗氧化活性。體外細胞實驗結(jié)果顯示，水凝膠均表現(xiàn)出具有良好的細胞相容性，CSF/OSH (D) +AE 水凝膠在促進細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試
四、體內(nèi)實驗
為了了解CSF/OSH（D）+AE水凝膠在真實傷口上的愈合情況，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，同時表現(xiàn)出最豐富的膠原蛋白沉積，傷口愈合逐漸進入重塑階段：新生血管逐漸消退，CD31的陽性表達也逐漸減少，促進膠原蛋白重組，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 水凝膠促進的傷口閉合動力學(xué)的定量分析
總結(jié)與展望
本研究通過席夫堿反應(yīng)的雙重交聯(lián)成功制備了基于陽離子化絲素蛋白/氧化透明質(zhì)酸（CSF/OSH）的可注射自修復(fù)水凝膠。實驗表明，雙交聯(lián)水凝膠具有良好的生物相容性，能夠促進細胞粘附和遷移。它具有足夠的機械性能來支撐材料結(jié)構(gòu)免于塌陷，同時低膨脹率確保材料不會因吸收組織液而膨脹并壓縮傷口周圍的組織。雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為席夫堿鍵和酰胺鍵，支持材料實現(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人工干預(yù)精確覆蓋傷口，并且水凝膠的自愈性能增強了材料的穩(wěn)定性和使用壽命。負載蘆薈提取物后，抗菌、抗炎特性進一步增強，使其能夠應(yīng)對糖尿病傷口氧化應(yīng)激和細菌感染的雙重挑戰(zhàn)。在糖尿病小鼠模型中，與對照組相比，CSF/OSH（D）+AE水凝膠促進了7/14天的愈合率，同時增加了膠原沉積和新生血管密度。這項工作開創(chuàng)了一種針對絲-透明質(zhì)酸混合物的工程共價交聯(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人才計劃”。主持國家自然科學(xué)基金青年基金項目、江蘇省高校自然科學(xué)基金重大項目、江蘇省自然科學(xué)基金面上項目、中國博士后科學(xué)基金面上項目及特別資助項目、南通市自然科學(xué)基金等。
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