【写在前面】:本期推荐的是由吉林农业大学李伟教授团队联合贵州中医药大学赵立春教授团队等研究团队合作近期发表于Carbohydrate Polymers(IF12.5)的一篇文章,揭示负载二氢槲皮素的壳聚糖纳米颗粒动态水凝胶,实现中药活性成分持续释放,协同抗炎、抗氧化、抗菌并促进血管新生,加速烧伤创面修复。
【期刊简介】
【题目及作者信息】
背景
烧伤创面愈合常受到持续炎症、细菌感染、氧化应激以及组织再生延迟等多重因素阻碍。传统敷料虽可吸收渗出液并提供一定保护,但在抗感染、抗炎、促血管生成和调控创面微环境方面仍存在不足。近年来,功能化水凝胶因其高含水量、类细胞外基质结构、良好贴合性和药物递送能力,成为烧伤创面修复研究的重要方向。
本研究构建了一种负载二氢槲皮素(DHQ)的壳聚糖纳米颗粒复合动态可注射多功能水凝胶——DCNPs-Gel,用于实现DHQ持续释放并促进深Ⅱ度烧伤创面愈合。
方法
研究者首先通过离子凝胶法制备DHQ负载壳聚糖纳米颗粒(DCNPs),随后将其引入氧化海藻酸钠(OSA)/羧甲基壳聚糖(CMCS)水凝胶网络中。该体系通过席夫碱键与硼酸酯键形成“双动态交联”结构,使水凝胶同时具备注射性、自修复性、黏附性和持续释药能力。
随后,研究团队系统评价了DCNPs-Gel的理化性能,包括粒径、包封率、流变性能、溶胀性、降解行为和DHQ释放特征;并通过体外实验考察其生物相容性、抗氧化、抗菌、促细胞迁移与增殖能力。进一步在小鼠深Ⅱ度烫伤模型中验证其促创面愈合作用,并通过Western blot、ELISA及16S rRNA测序探索其抗炎、促血管生成及皮肤菌群调节机制。
结果
DCNPs-Gel表现出优异的动态材料性能:可在剪切作用下注射,去除外力后恢复凝胶结构;其储能模量约为830 Pa,溶胀率达1803%,并可在72 h内实现约65%的DHQ持续释放。在功能方面,DCNPs-Gel对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过90%;在肝脏穿孔止血模型中,其出血量由对照组约580 mg降至约200 mg。体外细胞实验显示,DCNPs-Gel可维持HUVEC细胞活力超过90%,降低细胞内ROS约72%,并显著促进细胞划痕闭合、迁移和增殖。在小鼠深Ⅱ度烫伤模型中,DCNPs-Gel显著加快创面闭合,第18天创面愈合率达到约95.2%,并促进表皮再生、胶原沉积和新生血管形成。机制研究表明,DCNPs-Gel可下调TLR4/NF-κB/IL-6/COX-2炎症通路,上调VEGFA表达,重塑IL-6/IL-10炎症因子平衡,并部分恢复烧伤后紊乱的皮肤微生物稳态。
结论
DCNPs-Gel将“纳米颗粒持续释药”与“双动态交联水凝胶网络”相结合,在同一平台中整合了抗氧化、抗菌、止血、抗炎、促血管生成和菌群调节等多重功能。该研究为烧伤创面管理提供了一种具有潜力的多功能水凝胶敷料策略,也为天然多酚类活性成分在创面修复中的递送与应用提供了新的材料学思路。
图文摘要
【前言】
皮肤是人体最大的器官,在抵御外界损伤、维持机体稳态方面具有重要作用。烧伤不仅破坏皮肤屏障,还可能诱发严重炎症反应、感染、瘢痕挛缩、长期功能障碍,甚至增加死亡风险。因此,开发高效、安全、可操作性强的烧伤创面治疗策略具有重要意义。传统烧伤敷料如纱布、棉质敷料和外用制剂具有成本低、透气和吸收渗出液等优势,但对于慢性创面或感染风险较高的烧伤创面,其抗菌、抗炎和促再生能力不足,甚至可能增加局部感染和继发损伤风险。水凝胶作为三维高含水聚合物网络,可模拟细胞外基质,为创面提供湿润环境、吸收渗出液、促进气体交换并减少换药损伤,因此成为新型创面敷料的重要研究方向。
然而,普通水凝胶本身治疗活性有限,其效果通常依赖于活性药物的引入。二氢槲皮素(DHQ)是一种天然黄酮类化合物,具有抗氧化、抗炎和广谱抗菌活性,可清除自由基、减轻氧化损伤并抑制促炎因子释放。但DHQ水溶性差、生物利用度低,限制了其在创面治疗中的进一步应用。
为解决这一问题,本研究将DHQ封装入壳聚糖纳米颗粒中,以提高其稳定性和局部利用度;再将纳米颗粒嵌入氧化海藻酸钠/羧甲基壳聚糖水凝胶中,构建具有席夫碱键和硼酸酯键的双动态交联网络。该设计不仅实现了持续释药,还赋予水凝胶自修复、可注射、黏附和pH响应降解等特性,适合不规则烧伤创面的覆盖与治疗。
本研究围绕 DCNPs-Gel 的材料构建、理化性能、生物活性、体内促愈合效果及作用机制展开,为多功能烧伤敷料的开发提供了新的实验依据。
【结果部分】
1.DCNPs及DCNPs-Gel的制备、结构表征及性能研究。
2.DCNPs-Gel具备自修复、可注射、黏附和力学适应性。
3.DCNPs-Gel具有良好的生物相容性,并促进内皮细胞迁移和增殖。
4.DCNPs-Gel具有显著抗菌和止血性能。
5.DCNPs-Gel加速深Ⅱ度烫伤创面愈合。
6.DCNPs-Gel通过调控炎症和血管生成促进创面修复。
【结论与讨论】
研究构建了一种基于多糖材料的动态可注射多功能水凝胶DCNPs-Gel。该体系将DHQ负载壳聚糖纳米颗粒与氧化海藻酸钠/羧甲基壳聚糖双动态交联网络相结合,兼具持续释药和创面适配能力。研究结果表明,DCNPs-Gel可显著抑制细菌生长、减少出血、降低氧化应激、促进内皮细胞迁移与增殖,并在小鼠深Ⅱ度烫伤模型中加速创面闭合、胶原沉积和血管生成。机制上,DCNPs-Gel通过抑制TLR4/NF-κB/IL-6/COX-2炎症轴、上调VEGFA、重塑IL-6/IL-10平衡以及改善烧伤后皮肤菌群紊乱,共同促进创面修复。当然,本研究仍存在一定局限。例如,DHQ释放机制尚未进行更严格的动力学模型拟合;水凝胶诱导的菌群变化与创面愈合之间的因果关系仍需通过纵向微生物组分析和无菌动物模型进一步验证。此外,临床转化前还需要系统评估其长期安全性、灭菌兼容性、货架稳定性、规模化制备能力,并在更接近人体创面修复过程的大动物模型中进一步验证。总体而言,DCNPs-Gel为烧伤创面治疗提供了一种集“材料结构设计—天然活性成分递送—创面微环境调控”于一体的新策略,也为多糖基功能水凝胶敷料的开发提供了重要参考。
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