慢性傷口因其高發(fā)病率、易伴發(fā)感染和復(fù)雜病理微環(huán)境，成為臨床治療的重大挑戰(zhàn)。慢性傷口核心難點(diǎn)在于傷口處形成的生物膜——一種由細(xì)菌群落構(gòu)建的頑固“堡壘”，它能抵御抗生素，讓傳統(tǒng)療法束手無(wú)策。因此，能夠感知并響應(yīng)特定傷口微環(huán)境信號(hào)的智能水凝膠成為極具必要性的研究方向。目前，刺激響應(yīng)型智能水凝膠雖能感知微環(huán)境信號(hào)并釋放藥物，但常存在藥物釋放控制不佳、難以動(dòng)態(tài)調(diào)控病理微環(huán)境等關(guān)鍵問(wèn)題。

在此情形下，人體天然免疫機(jī)制提供了有效啟示。免疫細(xì)胞在應(yīng)對(duì)感染時(shí)表現(xiàn)出卓越的精準(zhǔn)性：在正常狀態(tài)下則保持靜默，而在細(xì)菌刺激下才被激活并大量分泌抗菌效應(yīng)分子，從而有效清除生物膜并避免組織損傷。模擬這種“按需激活”的特性，構(gòu)建針對(duì)病例信號(hào)產(chǎn)生反饋的材料有望實(shí)現(xiàn)藥物的精確、可控釋放，有效促進(jìn)感染傷口愈合。

受此啟發(fā)，澳門(mén)科技大學(xué)朱依諄院士、王曉琳副教授與郭輝副教授聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種微環(huán)境適應(yīng)型的類(lèi)細(xì)胞群疏水水凝膠，其特殊的非穩(wěn)態(tài)類(lèi)細(xì)胞群結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)按需釋放，有效管理感染傷口微環(huán)境并提高愈合效率。相關(guān)工作近日以“Microstructured and Microenvironment-Adaptive Cell Cluster-Mimetic Hydrogel for Infected Wound Healing” 為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Chemical Engineering Journal》上。論文的第一作者為澳門(mén)科技大學(xué)博士生劉詠杭，通訊作者包括王曉琳副教授、郭輝副教授和朱依諄院士。

受免疫細(xì)胞在感染微環(huán)境中被精準(zhǔn)激活的機(jī)制啟發(fā)，本研究構(gòu)建了一種新型仿生智能水凝膠（Ber@MVV）。該水凝膠是通過(guò)疏水性的丙烯酸甲酯（MA）、4-乙烯基苯胺（VA）和4-乙烯基苯甲醛（VB）通過(guò)席夫堿交聯(lián)構(gòu)建而成，其創(chuàng)新核心在于其獨(dú)特的“免疫細(xì)胞群狀”高含水量疏水結(jié)構(gòu)。通過(guò)模擬細(xì)胞膜，有效封裝藥物小檗堿，從根本上解決了傳統(tǒng)親水水凝膠藥物易突釋的難題。Ber@MVV能夠在生物膜的低pH（4.5-6.5）信號(hào)刺激下，動(dòng)態(tài)形成藥物釋放通道，實(shí)現(xiàn)按需給藥。而在生理環(huán)境中，疏水網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的類(lèi)細(xì)胞膜層能夠?qū)崿F(xiàn)藥物的有效儲(chǔ)存和延長(zhǎng)釋放周期（圖1-2）。

圖1. Ber@MVV類(lèi)細(xì)胞群疏水水凝膠在促進(jìn)生物膜感染傷口愈合的機(jī)智示意圖。

圖2. Ber@MVV類(lèi)細(xì)胞群疏水水凝膠的表征。

Ber@MVV的重要特點(diǎn)在于“按需激活”的特性：其在病例信號(hào)的刺激下，實(shí)現(xiàn)藥物的精確、可控釋放，從而促進(jìn)傷口的生理性愈合。研究表明，小檗堿在Ber@MVV中的釋放周期可超過(guò)兩周，而在pH 5.5的刺激下，前24 h可增加兩倍多的的釋放量。進(jìn)一步研究表明，藥物釋放由高含水量疏水網(wǎng)絡(luò)和pH敏感的席夫堿鍵位點(diǎn)共同作用。在pH 5.5的作用下，席夫堿基團(tuán)發(fā)生斷裂，Ber@MVV構(gòu)建出藥物傳輸通道（圖3）。

圖3. Ber@MVV類(lèi)細(xì)胞群疏水水凝膠微環(huán)境響應(yīng)藥物釋放評(píng)價(jià)及機(jī)制研究。

通過(guò)構(gòu)建生物膜感染傷口模型來(lái)評(píng)價(jià)Ber@MVV類(lèi)細(xì)胞群疏水水凝膠的促愈合效果。結(jié)果表明，Ber@MVV能夠同步實(shí)現(xiàn)高效抗菌、抗炎、抗氧化并促進(jìn)血管網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，全方位重塑感染傷口的微環(huán)境并顯著加速傷口的愈合進(jìn)程，為治療頑固性生物膜感染傷口提供了極具潛力的新策略（圖4-5）。

圖4. Ber@MVV類(lèi)細(xì)胞群疏水水凝膠促進(jìn)生物膜感染傷口愈合。

圖5. Ber@MVV類(lèi)細(xì)胞群疏水水凝膠于生物膜感染傷口調(diào)控炎癥與重建血管網(wǎng)絡(luò)。

本研究創(chuàng)新性地構(gòu)建了一種模擬免疫細(xì)胞集群行為的智能水凝膠Ber@MVV。它不僅能精準(zhǔn)響應(yīng)病理信號(hào)、按需釋藥，更能全方位調(diào)控傷口微環(huán)境，為攻克生物膜相關(guān)慢性傷口這一臨床難題提供了標(biāo)志性進(jìn)展。更重要的是，該仿生設(shè)計(jì)策略與材料平臺(tái)具有高度的通用性，為后續(xù)開(kāi)發(fā)多種高效遞藥系統(tǒng)開(kāi)辟了新的路徑，展現(xiàn)出巨大的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

全文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725094562

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿

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