第一作者：徐秋婷
通讯作者：李培源
通讯单位：广西中医药大学
研究速览
近期，广西中医药大学李培源教授团队在《Advanced Healthcare Materials》期刊上发表了题目为Multifunctional Polysaccharide Self-Healing Wound Dressing: NIR-Responsive Carboxymethyl Chitosan /Quercetin Hydrogel 的文章。细菌诱发的伤口感染是外科护理领域的一大难题，严重威胁着患者的康复进程与治疗效果。这一感染主要通过两大机制阻碍伤口的愈合进程：1)细菌感染的伤口易于陷入持续的慢性炎症状态，阻碍受损组织向增殖修复阶段的过渡，进而延长伤口愈合周期；2)新生血管的形成变得迟缓，血管生成不足直接影响了营养物质的交换与氧气的输送，为伤口愈合设置了重重障碍。鉴于此，研发一种集抗菌、抗炎及促血管生成于一体的多功能敷料，对于加速感染伤口的愈合至关重要。该论文通过巧妙的化学设计，利用4-甲酰苯硼酸作为桥梁，成功将槲皮素与聚多巴胺接枝到羧甲基壳聚糖基质之上，开发出一种多糖自愈合水凝胶伤口敷料CPP@PDA/Que3。该水凝胶通过席夫碱键、硼酸酯键及氢键等多重交联结构，形成了稳定而富有弹性的网络体系，可通过简便的局部注射在伤口上形成保护屏障，有效止血并迅速抑制炎症。其融合了槲皮素的天然优势与近红外(NIR)光热治疗的先进性，表现出卓越的抗氧化和抗菌性能。在体外抗菌实验中，其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的灭活率分别为99.52%和99.39%。体内伤口愈合实验也验证了CPP@PDA/Que3水凝胶的卓越疗效，愈合率高达约97%。在NIR激光的照射下，该水凝胶敷料能够显著抑制细菌生长、减轻氧化应激反应、加速血管新生，从而加速伤口从炎症阶段向愈合阶段的转变。实验结果表明，CPP@PDA/Que3水凝胶作为一种新型伤口敷料，展现出了巨大的应用潜力。
要点分析
图文导读
图1. 用于细菌感染伤口治疗的CPP@PDA/Que多糖自愈合水凝胶的制备与应用示意图：a) CMCS、4-FPBA、CMCS-PBA、PVA、PDA和Que的结构，以及多糖自愈合过程制备条件的筛选。b) CPP@PDA/Que多糖自愈合水凝胶的交联机制、性能及治疗策略。
图2. 含不同聚多巴胺颗粒浓度的水凝胶的体外光热性能： a)光热升温曲线；b)在808 nm NIR激光照射下的光热稳定性。CPP@PDA/Que3水凝胶的体外光热特性： c)光热升温曲线；d)在808 nm NIR激光照射下的光热稳定性。e)CMCS、4-FPBA和PVA的FTIR光谱。f)PDA、Que、CPP、CPP@PDA和CPP@PDA/Que3水凝胶的FTIR光谱。g)CMCS、4-FPBA、PVA、CPP和CPP@PDA/Que3水凝胶的1H NMR谱。h)使用ImageJ对CPP、CPP@PDA和CPP@PDA/Que3水凝胶的进行SEM图像和孔隙分析。
图3. 水凝胶的自愈合性、粘附性、力学性能、溶胀性和降解行为。a)CPP和CPP@PDA水凝胶的圆盘愈合实验。b) CPP@PDA/Que3水凝胶对人皮和猪皮的粘附能力。c）CPP@PDA/Que3对猪皮的粘附强度，d）拉伸性能和e）可注射性能。f)CPP、CPP@PDA和CPP@PDA/Que3水凝胶的存储模量(G’)和损失模量（G”）的固定应变、频率振幅扫描测试测量。g)固定频率振幅扫描临界应变点测量和h)振荡模态时间扫描测试测试CPP@PDA/Que3水凝胶的自愈合行为。CPP、CCP@PDA和CPP@PDA/Que3水凝胶的i)膨胀曲线和图像，j)热重（TGA）曲线，以及k)在14天内的剩余质量比。
图4. 水凝胶抗菌性能的研究。水凝胶处理a)金黄色葡萄球菌和b)大肠杆菌24小时杀菌率的定量统计；d)琼脂平板的代表性图像和e)细菌的扫描电子显微镜图像；c)说明水凝胶结合光热效应杀灭细菌的机理。
图5. 水凝胶的生物相容性和止血性能的研究。a)定量统计和b)水凝胶对DPPH自由基清除能力的代表性显示图像。水凝胶对小鼠成纤维细胞（L929）处理24小时后的c)细胞存活率和d)活/死染色荧光图像。e)水凝胶的溶血率和具有代表性的显示图像。f)BCI和h)体外全凝血图像。g)肝脏止血能力的定量统计，i)有代表性的显示图像及j)肝出血模型中用于止血的水凝胶示意图。
图6. 不同水凝胶样品的体内光热特性： a)升温曲线，b)水凝胶结合808 nm NIR激光治疗细菌感染创面的示意图，c)红外热成像图像。d)使用不同水凝胶样品治疗小鼠细菌感染伤口的方案。
图7. 水凝胶促进小鼠体内细菌感染伤口愈合的评价。a)愈合过程中第1、4、7和10天的代表性图像和伤口痕迹，以及b)伤口修复率的定量统计。c)第4天和第7天感染伤口中细菌存活率的定量统计。d)第1、4和7天感染伤口上涂有存活细菌的琼脂平板的代表性图像。
图8. 不同水凝胶样品处理细菌感染小鼠的安全性评价和免疫组织化学染色分析。a)第11天心脏、肝、脾、肺、肾的H&E染色的代表性图像。第11天伤口再生皮肤组织中b)H&E染色的代表性图像，c) CD31染色，d) CD31表达的定量统计。e)在治疗期间小鼠体重的变化趋势。
总之，该研究创新性地将羧甲基壳聚糖、聚乙烯醇、聚多巴胺与槲皮素进行有机融合，成功制备了一种多功能多糖水凝胶敷料(CPP@PDA/Que3)。该敷料的独特之处在于其通过复杂而精细的多动态交联机制(涵盖希夫碱、硼酸酯及氢键的相互作用)得以构建。系统探究了CPP@PDA/Que3水凝胶在光热协同作用下的抗菌效能、抗氧化性能、抗凝特性、体内止血效果以及生物相容性。当CPP@PDA/Que3水凝胶与近红外(NIR)光热处理联合应用时，能显著加速金黄色葡萄球菌感染小鼠创面的愈合进程，展现出卓越的抗菌与抗氧化活性，有效抑制炎症反应，并促进血管组织的再生与修复。因此，CPP@PDA/Que3水凝胶凭借其出色的综合性能，为感染伤口的治疗提供了一种集局部槲皮素释放与光热杀菌于一体的新型策略，该方法在治疗细菌感染性疾病方面具有重要的临床应用潜力与科学意义。
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