《AFM》康大周祺惠/青大学卢云：热刺激自收缩和组织粘附性的双交联型仿生透明质酸水凝胶促进创面愈合

细菌感染经常导致伤口炎症，使创面愈合速度减慢，最终导致瘢痕生成。为促进伤口快速愈合，抑制疤痕形成，康复大学周祺惠教授团队和青岛大学卢云教授团队以 N- 异丙基丙烯酰胺（ NIPAM ）和戊二醛（ GTA ）交联透明质酸（ HA ）为基础，制备了一种具有互穿聚合物网络（ IPN ）的温敏性组织粘附水凝胶，其在热刺激下具有自收缩性和组织粘附性，能够通过拉伸周边组织有效促进伤口闭合，为伤口愈合提供了一种新的治疗方案。

在IPN中，使用交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺自由基聚合NIPAM形成聚-NIPAM（PNI）作为第一网络，这赋予了水凝胶热刺激收缩能力；使用交联剂GTA通过亲核加成反应交联HA，形成第二网络，增强了水凝胶的组织粘附性，从而促进创面愈合（图1）。

研究者首先对 PNI-HA 水凝胶进行了表征。傅立叶变换红外（ FT-IR ）光谱检测证实了交联网络的形成以及透明质酸网络成功结合到水凝胶中（图 2A ）。 PNI-1.0HA 的固态 13 C NMR 光谱进一步确认了水凝胶的结构组成（图 2B ）。扫描电子显微镜下 PNI 和 PNI-HA 均表现出稳定、均匀和相互连接的三维孔结构，随着 HA 浓度的增加，水凝胶的孔径逐渐减小（图 2C ， D ）。水凝胶在 25℃ ， 600 分钟内达到最大膨胀率，随着 HA 含量的增加，水凝胶的溶胀率降低（图 2E ）。 25℃ 时，在 0.1 - 100 rad/s 的频率范围内， G′ 高于 G″ ，说明水凝胶网络在该应力下的结构较为稳定。随着 HA 含量的增加， G′ 和 G″ 逐渐增加，表明 GTA 交联的 HA 网络增加了水凝胶的稳定性（图 2F ）。随着温度的升高， PNI 和 PNI-1.0HA 的 G′ 逐渐减小，而 G″ 增大，这表明由升高温度引起的水凝胶体积的收缩，使交联网络密度增加，提高了水凝胶的硬度（图 2G ， H ）。

接着研究者检测了 PNI 、 PNI-0.5HA 和 PNI-1.0HA 的热刺激自动收缩能力和组织粘附力。水凝胶在 240 分钟前出现明显的收缩，在 360 分钟达到最大值，在随后的时间内保持相对稳定。随着温度的升高，所有水凝胶的体积都在收缩，在 3 次循环后，膨胀平衡没有显著变化，说明 PNI-HA 的热刺激自动收缩具有可重复性（图 3A-C ）。研究者又使用拉伸试验定量测量 PNI-HA 在不同温度下的组织粘附性，结果表明 HA 的引入和温度的升高都显著增强了水凝胶的粘附能力（图 3D-F ）。

研究者探究了水凝胶的生物相容性。结果说明 PNI-HA 具有良好的血液相容性和细胞相容性（图 4A-C ）。成纤维细胞的存活率统计显示，所有组中的细胞活力均达到 90% 以上，再次证实了 PNI-HA 良好的生物相容性（图 4D ）。

研究者又探究了 PNI 和 PNI-1.0HA 在应用 0 、 2 和 4 小时后伤口闭合的效果，结果表明 PNI-HA 通过热刺激自收缩显著加速了大鼠皮肤的伤口闭合（图 5A-D ）。

最后，研究者探究了 PNI 和 PNI-1.0HA 介导的伤口愈合的效果。在 21 天内，所有组的伤口面积随着时间的推移逐渐减小， PNI-1.0HA 组的伤口愈合速度明显快于对照组和 PNI 组（图 6A-C ）。 H&E 染色结果表明 PNI 和 PNI-1.0HA 的炎症细胞浸润程度明显低于对照组， HA 的引入可有效降低 PNI 诱导的炎症反应（图 6D ）。 Masson 染色结果表明 HA 的引入有助于正常的皮肤再生（图 6G ）。 CD31 和整合素 β1 的免疫组织化学染色结果表明 PNI-1.0HA 能够通过促进血管生成加速伤口愈合（图 6H 、 I ）。

本研究由康复大学周祺惠教授和青岛大学卢云教授课题组合作完成，于 2023 年 3 月 25 日在线发表于 Advanced Functional Materials 。

论文信息：Yaodong Zhao, Bingcheng Yi, Jilin Hu, Dongjie Zhang, Guotai Li, Yun Lu*, Qihui Zhou*. Double Cross-Linked Biomimetic Hyaluronic Acid-Based Hydrogels with Thermo-Stimulated Self-Contraction and Tissue Adhesiveness for Accelerating Post-Wound Closure and Wound Healing. Advanced Functional Materials 2023, 2300710.

来源：BCML速递