由于口腔的湿性和动态性环境，拔牙等口腔内伤口的愈合需要稳定、牢固的创面敷料。临床上常用棉球纱布、海绵塞或缝合线治疗拔除性创面，但这些方法均不能使创面持续与口内环境隔离，并提供理想的愈合条件。由于缺乏可防止口腔刺激物进入牙槽的屏障敷料，这可能会导致伤口延迟愈合和其他严重的术后并发症。

近日，上海交通大学医学院、国家口腔疾病临床研究中心杨驰教授、邹多宏主治医师与中国科学技术大学俞书宏院士等人合作，受天然细胞外基质(ECM)的启发，开发了一系列用于口腔内创面修复的创面敷料。研究者将延性长链水凝胶网络渗透到预制的、坚固的大分子网络中，并进行原位交联，使复合水凝胶具有可控的膨胀行为和强健的力学性能。大分子网络作为支撑复合材料的骨架，抑制了长链水凝胶网络的溶胀。体外试验证实，这种敷料可以为口腔内伤口提供持久的保护，防止多种复杂的刺激。此外，由于该敷料能有效减轻急性炎症，在拔除犬牙模型体内应用可加速伤口愈合。这些结果表明，生物激发水凝胶作为口腔内敷料有很大的应用潜力。相关工作以“Anti-Swelling, Robust and Adhesive Extracellular Matrix-Mimicking Hydrogel Used as Intraoral Dressing”为题发表在最新一期的《Advanced Materials》。文章的共同第一作者为Jing Wu和Zhao Pan。

图1. G-CS网架和EMHs的合成与力学性能

EMH的制备过程如图1a所示。由于d-葡糖胺基上的氨基易脱质子化，因此选择壳聚糖(CS)来构建坚固的网状结构。由于交联和脱质子作用，疏水性的增加推动了CS聚合物链的聚集，在所有组的纯CS和G-CS网中都可以观察到纤维状结构(图1b)。作为研究最广泛的长链聚合物水凝胶，研究者选用聚丙烯酰胺(PAM)作为延性水凝胶。扫描电镜(SEM)显示，整齐的G-CS网状结构与EMH在形态上有明显的差异，这也表明PAM水凝胶在EMH中纤维网状结构之间分布均匀。值得注意的是，从纯CS到CG-32，PAM水凝胶的渗透显著提高了EMH的强度(图1e)。但各组EMH的计算弹性模量与相应G-CS网络无显著差异(图1f)。这一现象表明，EMH的坚固性主要来自G-CS网络，类似于天然对应的纤维蛋白胶原。

图2. EMHs的溶胀特性

力学性能的下降会损害敷料的保护功能，甚至会导致敷料断裂脱落，使伤口暴露。然而，受ECM构造原理的启发，研究者引入了刚性G-CS网络，以“链”“锁住”PAM水凝胶，并约束PAM水凝胶的膨胀行为，如图2a所示。因此，与PAM水凝胶发生的巨大体积变化相比，EMH在37℃磷酸盐缓冲盐水(PBS)中浸泡后几乎没有肿胀(图2b)。由于约束效应依赖于G-CS纤维表面与PAM链之间的共价键合，致密的“链”提供了更大的约束效应。

如图2d所示，膨胀PAM水凝胶的抗拉强度(7.48±0.81 kPa)下降到初始状态(37.55±7.20 kPa)的近五分之一，即使是很小的负荷也非常脆弱。相比之下，具有高度交联网络的EMH (CG-32)在PBS中浸泡较长时间后，拉伸强度仅下降4.6%，约为800kpa。

图3. EMHs的组织粘附性能

研究者利用拓扑粘连法将创面敷料稳定地固定在湿性口腔粘膜上(图3a)。为了研究CS分子在体系中的穿透和拓扑纠缠，用异硫氰酸荧光素(FITC)标记CS。搭接剪切试验检测敷料粘附在生物组织上时对剪切力的阻力(图3b)。EMH在测试表面粘附的剪切强度约为165 kPa，远高于PAM水凝胶(~12 kPa)。图3c展示了用于测量粘合剂敷料的破裂压力的设置。与剪切强度相似，EMH (250 kPa)的爆破压力也高于PAM (130 kPa)。此外，由于PAM敷料的柔软性，其外形变形严重(图3d)。

图4. EMH的抗菌试验和细胞毒性试验

研究者将两种常用的处方药阿莫西林和甲硝唑放入EMH中，以构建一种释放抗生素的抗菌伤口敷料。正如预期的那样，载药EMH敷料显著抑制了两种微生物的生长，而纯EMH处理组生长迅速，说明EMH敷料具有有效的释药作用(图4a)。载药EMH敷料治疗24小时后，近89.2%的金黄色葡萄球菌和98.7%的牙龈假单胞菌死亡(图4b, c)。EMH敷料优良的载药和给药能力显著提高了其在口腔创面治疗中的抗菌性能。

图5. 对照组和EMH治疗组创面炎症浸润情况

对照组的图像显示典型炎症，炎症细胞较多，如多形核中性粒细胞(PMNs)，浸润到窝填充物的远端部分(图5a)。相比之下，由于药物的释放和由此产生的抗菌作用，EMH处理组炎症细胞浸润(ICI)明显减轻。EMH敷料在第1天和第3天的标本中观察到的PMNs明显减少，说明EMH敷料的屏障和抗菌作用有效地减轻了窝愈合早期的炎症反应(图5b)。在第7天，EMH敷料覆盖的标本中产生了更多的胶原蛋白，这表明EMH敷料对创面愈合具有良好的有利作用(图5c)。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202200115

来源：高分子科学前沿

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