慢性伤口是一种未能在预期时间内愈合的损伤，通常会在数周到数月甚至数年不等的长时间内未愈合。一些传统的伤口敷料目前不足以治疗慢性伤口，因为它们有些并未表现出生物相容性、抗菌和抗氧化性能的显著平衡，存在一定的局限性。众所周知，抗菌剂和抗氧化剂的先后协同作用能够很好的治愈慢性伤口。但迄今为止尚未开发出含有具有这种受控和顺序释放的抗氧化剂和抗菌剂的伤口敷料用于慢性伤口。因此对于开发此类型的伤口敷料迫在眉睫。
本文作者设计开发了一款3D打印壳聚糖-基复合材料支架。该支架掺入了不同数量的氧化铈纳米颗粒（0、1、3、5 和 7 wt%）（Chi-Alg、Chi-1Ce-Alg-Van、Chi-3Ce-Alg-Van、Chi-5Ce-Alg-Van、Chi-7Ce-Alg-Van），随后涂有载有万古霉素的海藻酸盐层。实验证明该支架对金黄色葡萄球菌菌株表现出很强的抗菌特性。此外，含有氧化铈纳米颗粒的敷料表现出适当的抗氧化能力，7%的氧化铈纳米颗粒实现了超过78.1%的活性氧（ROS）清除效率。含有5%氧化铈纳米颗粒的样品被确定为最佳配方，具有最有利的细胞生物相容性、超过73.4%的ROS清除能力以及在24小时内闭合伤口等特点。
图1.合成的氧化铈粉末的FE-SEM显微照片和XRD图谱。
合成的氧化铈粉末表面相对光滑，没有裂纹或缺陷。这表明纳米颗粒具有相当程度的结构和机械稳定性。XRD图谱呈现出尖锐而明显的峰，表明高度结晶度（图1）。
图2.Chi-5Ce-Alg-Van样品的形态学FE-SEM显微照片、EDS光谱以及不同敷料的FTIR光谱 。
3D打印支架具有互连的多孔结构，在横截面图像中可以观察到沉积在3D打印细丝上的藻酸盐-万古霉素涂层的均匀性。EDS元素分析也证实了藻酸盐、万古霉素的成功沉积。FTIR 分析验证了所有预期成分成功掺入构建体中（图2）。
图3. Chi-5Ce-Alg-Van不同支架的降解和溶胀行为以及万古霉素释放动力学。
以上数据证实制造的支架表现出显著的膨胀行为，适用于伤口敷料应用。开发的敷料中释放的万古霉素的适当浓度为7.5 μg/mL（图3）。
图4.支架敷料的抗菌、抗氧化性能。
支架敷料对金黄色葡萄球菌具有显著的杀菌效果。抗氧化性能随着氧化铈纳米颗粒的加入而显著增加。整个培养过程中，细胞代谢活性随着氧化铈浓度的增加而增加，最高可达5%，但当水平达到7%时下降（图4）。
图5.敷料的划痕测定结果与伤口表面闭合百分比。
划痕测定结果表明较高的氧化铈含量会增加细胞迁移速率，进而加快促进伤口愈合（图5）。
在这项工作中，作者开发了具有藻酸盐-万古霉素涂层的壳聚糖-氧化铈敷料，用于治疗慢性伤口。随着氧化铈纳米颗粒和万古霉素掺入逐渐改善了它们的抗氧化、抗菌、细胞代谢和细胞迁移特性。由于万古霉素的爆发释放，敷料对金黄色葡萄球菌表现出很强的抗菌特性。并且Chi-5Ce-Alg-Van制剂具有最高的细胞相容性，5 天内细胞代谢活性为 109.8%，DPPH清除能力超过 73.4%。简而言之，本研究中开发的敷料提供了抗菌和抗氧化特性的增强平衡，以及出色的细胞活性特性，使其成为慢性伤口管理的有前途的候选者。
近期，该研究成果以“Efficacy of 3D-printed chitosan‑cerium oxide dressings coated with vancomycin-loaded alginate for chronic wounds management”为题发表于学术期刊《Carbohydrate Polymers》，论文第一作者为Sharareh Shahroudi，通讯作者为托西理工大学的Erfan Salahinejadr。
撰稿人：胡惠钧
审稿人：姜 莹
论文全文链接
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.123036
抗菌抗污材料前沿
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