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西北农林科技大学王丽教授《AFM》:多功能可注射水凝胶敷料,有效促进伤口愈合,增强生物矿化策略

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高分子科学前沿 2021-04-15 13:37

作为免疫系统的第一道防线,皮肤是最大也是最脆弱的组织,它很容易受到破坏形成伤口从而被细菌感染。因此,制备一类多功能敷料来避免二次损伤,加速创面愈合至关重要。目前,研究者们设计了各种创面敷料例如膜,海绵,气凝胶,冷凝胶,修饰纱布和水凝胶等,来加速皮肤创面组织的重建。其中,水凝胶凭借其类似于生物软组织的结构而受到广泛关注。

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然而,传统的水凝胶没有可注射性和自愈性,不能完全覆盖形状不规则的创面。因此,开发一种可注射的多功能创伤敷料水凝胶对促进损伤组织的重建具有重要意义。为实现这一目标,研究者们通过生物矿化策略将金属基无机纳米材料与有机大分子材料例如蛋白结合,设计制备了一系列多功能纳米复合水凝胶。其中,明胶(Gel)是生物医学应用中最具吸引力的动物蛋白之一,它含有多种氨基酸残基,包括甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸和酪氨酸,这使明胶可以作为生物模板,原位还原银离子,从而生成稳定的银纳米粒子(Ag NPs)。然而,明胶的生物矿化能力还远远不够,研究者发现邻苯二酚基团具有较强的还原性,将其引入明胶骨架中有望提高其生物矿化能力。基于以上研究,西北农林科技大学王丽教授团队提出了一种增强生物矿化的策略,他们通过多巴胺的修饰,开发制备了一种多功能Gel-DA/GG (guar gum)@Ag水凝胶,可用于治疗局灶性感染。如示意图1所示,将盐酸多巴胺接枝到明胶主链上合成明胶吲哚胺缀合物(Gel-DA),以Gel-DA为生物矿化剂,制备了Gel-DA@Ag NPs的前驱体水溶液,然后在Gel-DA@Ag NPs的前驱体溶液中加入瓜尔胶和硼酸,形成Gel-DA/GG@Ag水凝胶。

Scheme1 水凝胶制备示意图及其在创伤修复方面的应用

所制备的水凝胶具有优异的光热和银纳米粒子协同杀菌效果。当水凝胶暴露在808 nm的近红外(NIR)激光下时,由水凝胶的光热效引发的局部温度升高可清除更多附着在伤口上的细菌;此外,这些水凝胶具有出色的重塑性、可注射性、自愈性和抗氧化性。进一步,伤口闭合的体内评价证明了水凝胶能够很好地填充未成形的伤口,并通过Ag纳米粒子固有的抗菌特性和水凝胶的光热特性表现出良好的抗感染效果,如图1所示。

Figure 1 a)不同水凝胶处理的NIH-3T3细胞存活率。b)不同水凝胶处理红细胞的溶血率;c)用Gel-DA/GG@Ag1水凝胶处理的小鼠在近红外照射(2 W cm - 2,3 min)前后的光热图像。d)金黄色葡萄球菌感染伤口的不同治疗方法的光学照片。e)每组创面面积。

结论:设计制备了一种集抗氧化、光热抗菌和伤口愈合应用于一体的新型、可重塑、可注射、自愈合和生物相容性的多功能创面敷料;这一水凝胶敷料能够有效释放银离子,在808 nm近红外照射下迅速提高局部温度,显著增强对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的协同抗菌性能;此外,水凝胶具有良好抗氧化活性,能够清除伤口微环境中的ROS,对伤口愈合过程起到积极作用。最终,作者提出的强化生物矿化策略为开发有机和无机杂化多功能水凝胶提供了一种新的方案。

来源:高分子科学前沿

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