第一作者：Yan Li

通訊作者：范代娣，朱晨輝，李陽

通訊單位：西北大學(xué)

研究速覽

最近，西北大學(xué)范代娣教授團(tuán)隊(duì)在《ACS Nano》期刊上發(fā)表了具有即時(shí)/可調(diào)粘附和微環(huán)境調(diào)節(jié)的組織樣軟雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠貼劑用于感染傷口愈合的文章。由細(xì)菌感染驅(qū)動(dòng)的無序微環(huán)境是傷口愈合延遲的關(guān)鍵因素。此外，在長(zhǎng)期治療過程中，敷料與傷口部位之間不可避免地發(fā)生不受控制的粘連，從而導(dǎo)致傷口暴露或二次損傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，作者設(shè)計(jì)了一種基于正交交聯(lián)機(jī)制的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠貼片（CHI(C)-F/N-A），具有即時(shí)/可調(diào)的粘附特性和協(xié)同調(diào)節(jié)微環(huán)境的功能，旨在解決這些復(fù)雜的問題。由N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺組成的共價(jià)網(wǎng)絡(luò)（N-A）作為水凝膠的基本框架，通過豐富的極性相互作用在水凝膠和組織之間提供高度共形和穩(wěn)定的整合，而相變特性賦予水凝膠通過熱刺激削弱粘附強(qiáng)度的能力?？Х人岣男詺ぞ厶桥cFe3+配位形成的非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)（CHI(C)-F）整合了堿性多糖和天然多酚的突出抗菌和抗氧化功效，實(shí)現(xiàn)了病理微環(huán)境的協(xié)同調(diào)節(jié)，從而促進(jìn)了傷口的整體愈合。值得注意的是，受益于多酚-金屬配位的優(yōu)異光熱效應(yīng)，近紅外介導(dǎo)的水凝膠粘附強(qiáng)度調(diào)節(jié)策略得到了進(jìn)一步擴(kuò)展。這種水凝膠貼片為傷口敷料建立了合理的范例，其結(jié)合了令人滿意的物理性質(zhì)和生物活性，有望克服感染傷口的實(shí)際治療的困難。

要點(diǎn)分析

要點(diǎn)一：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的設(shè)計(jì)：作者設(shè)計(jì)了一種基于正交交聯(lián)機(jī)制的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。共價(jià)網(wǎng)絡(luò)（N-A）由N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺組成，提供與組織的高度貼合和穩(wěn)定的整合；非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)（CHI(C)-F）由咖啡酸修飾的殼聚糖與Fe3+配位形成，具有抗菌和抗氧化功效。

要點(diǎn)二：抗菌和抗氧化性能：水凝膠對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出顯著的抗菌活性，其抗菌機(jī)制可能與殼聚糖的抗菌作用和鐵離子催化的芬頓反應(yīng)有關(guān)。此外，水凝膠還具有良好的抗氧化能力，能夠有效清除活性氧（ROS）和自由基。

圖文導(dǎo)讀

圖1. 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的合成與表征。（a）水凝膠合成示意圖。（b）CHI、CHI(C) 和CHI(C)-Fe3+溶液的紫外-可見光譜。（c）具有不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠的拉曼光譜。G1-G5的（d）FT-IR光譜和（e）掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（f）在室溫和4℃下UV固化后獲得的CHI(C)-F/N-A的照片。（g）CHI(C)-F/N-A的SEM圖像和相應(yīng)的能量色散光譜（EDS）元素映射。

圖2. 水凝膠的機(jī)械和光熱轉(zhuǎn)換性能。（a）具有不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和（b）具有不同百分比的非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)的水凝膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（c）水凝膠的拉伸楊氏模量和韌性。（d）不同應(yīng)變下的拉伸加載-卸載曲線（n=3，來自獨(dú)立實(shí)驗(yàn)）。（e）G4拉伸狀態(tài)的照片和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)變化示意圖。（f）具有扭曲和打結(jié)狀態(tài)的G4照片。（g）G4的雙軸拉伸圖像。（h）G4在組織上展開的圖像。10分鐘內(nèi)（i）不同水凝膠在1.0 W/cm2 NIR（808 nm）和（j）G4在1.0、1.5和2.0 W/cm2 NIR（808 nm）下的溫升曲線。插圖顯示了水凝膠（G1-G5）的顏色差異和G4的溫升圖像。（k）在1.5 W/cm2 NIR（808nm）下五次開/關(guān)循環(huán)期間水凝膠的溫度變化。

圖3. 水凝膠即時(shí)/可調(diào)粘附性能。（a）水凝膠即時(shí)粘附的圖像。（b-d）不同水凝膠在三種測(cè)試方法（180°剝離、拉伸和剪切）下的粘附測(cè)試示意圖、測(cè)試曲線和粘附強(qiáng)度。數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=4，來自獨(dú)立實(shí)驗(yàn)）。（e）水凝膠在各種條件下粘附性能變化的圖像。（f）說明水凝膠分離的微觀結(jié)構(gòu)變化的示意圖。（g）在室溫或在NIR（808nm）照射下水凝膠與組織表面的粘附比較（n=4，來自獨(dú)立實(shí)驗(yàn)）。（h）在NIR照射下水凝膠對(duì)Sprague-Dawley（SD）大鼠皮膚的可調(diào)粘附的照片。

圖4. 水凝膠的生物相容性和體外抗菌和抗氧化性能的評(píng)價(jià)。L929細(xì)胞在浸出溶液中孵育1、2和3天后的（a）活力分析和（b）活/死染色結(jié)果（n=6，來自獨(dú)立細(xì)胞實(shí)驗(yàn)）。（c）水凝膠的血液相容性：“+”和“-”分別代表陽性和陰性對(duì)照（n=3，來自獨(dú)立實(shí)驗(yàn)）。（d）雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠響應(yīng)感染和氧化應(yīng)激微環(huán)境的協(xié)同調(diào)節(jié)機(jī)制。不同水凝膠處理后大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的（e）存活率以及（f）瓊脂平板上的照片和SEM圖像（n=3，來自獨(dú)立實(shí)驗(yàn)）。（g-i）水凝膠對(duì)H2O2和1,1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）的清除能力（n=3，來自獨(dú)立實(shí)驗(yàn)）。（j）與H2O2和水凝膠孵育后細(xì)胞的共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）圖像（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖5. 評(píng)價(jià)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠在體內(nèi)殺滅細(xì)菌和促進(jìn)傷口愈合的能力。（a）說明金黃色葡萄球菌感染傷口模型的構(gòu)建和治療過程。（b）傷口隨時(shí)間的代表性圖像和傷口愈合的痕跡。比例尺為2 mm。傷口愈合期間的細(xì)菌菌落（c）典型圖像和（d）存活率（n=3，來自生物學(xué)上獨(dú)立的樣品）。（e）SD大鼠在治療過程中的體重變化（n=3，來自生物學(xué)上獨(dú)立的樣品）。（f）第6天和第12天感染傷口組織的H&E和Masson染色的代表性圖像（紅色箭頭：炎性細(xì)胞）。（g）與第0天相比的相對(duì)傷口面積的定量，以%表示。膠原沉積（h）和表皮厚度（i）的統(tǒng)計(jì)分析（n=3，來自生物學(xué)上獨(dú)立的樣品）。數(shù)據(jù)以平均值±平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。通過單因素方差分析（ANOVA）計(jì)算統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性(*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001)。

結(jié)論

總之，作者通過結(jié)合化學(xué)和物理交聯(lián)開發(fā)了雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。這種合理的設(shè)計(jì)賦予水凝膠即時(shí)/可調(diào)粘附的物理性質(zhì)以及調(diào)節(jié)感染和氧化微環(huán)境的生物活性。由共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (P(NIPAM/AM)) 暴露的極性部分使水凝膠能夠在低模量下經(jīng)歷大變形和瞬時(shí)強(qiáng)粘附。這確保了傷口的及時(shí)物理閉合，并且粘附強(qiáng)度的溫度介導(dǎo)的轉(zhuǎn)換避免了在傷口敷料的常規(guī)移除期間二次損傷的風(fēng)險(xiǎn)。由咖啡酸改性殼聚糖和鐵離子配位交聯(lián)組成的非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了水凝膠的機(jī)械性能，并擴(kuò)展了水凝膠以非接觸方式（NIR）調(diào)節(jié)粘附強(qiáng)度的策略。更重要的是，水凝膠中殼聚糖、兒茶酚基團(tuán)和鐵離子的存在實(shí)現(xiàn)了感染和氧化微環(huán)境的協(xié)同調(diào)節(jié)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了水凝膠的微環(huán)境調(diào)節(jié)功能顯著促進(jìn)了血管生成、表皮再生、膠原沉積，并最終整體改善了愈合。這種具有適當(dāng)?shù)奈锢砗蜕匦砸约帮@著的治療效果和應(yīng)用靈活性的水凝膠有望滿足感染慢性傷口管理的迫切臨床需求。鑒于感染傷口模型在說明更復(fù)雜的慢性傷口方面的局限性，作者將進(jìn)一步測(cè)試雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠貼劑在嚴(yán)重?zé)齻吞悄虿谀Ｐ椭械拈L(zhǎng)期功能和可靠性，并優(yōu)化脫粘速度并相應(yīng)地提高微環(huán)境調(diào)節(jié)能力。

全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c07573

參考文獻(xiàn)：Tissue-like Soft Dual-Network Hydrogel Patch with Instant/Tunable Adhesion and Microenvironment Modulation for Infected Wound Healing. Yan Li, Zihan Sun, Shirong Chai, Zhuo Zhang, Yang Li, Chenhui Zhu, Daidi Fan. ACS Nano. 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c07573.

來源：抗菌科技圈