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  細菌等病原微生物對傷口組織的感染，常常會導致傷口的潰爛，降低傷口愈合的速度和環境質量，更有甚者會導致生物機體組織的病變。目前，臨床上主要使用添加抗菌劑的敷料材料來保護傷口不受細菌等病原微生物的侵害。然而，抗菌劑的流失會導致材料抗菌性能的消減，保護傷口抗感染的能力下降。因此，研發具有內在抗菌能力和抗菌持久性以及生物響應性能的敷料材料在醫用傷口處理中具有十分重要的意義。

  基于此，江南大學紡織科學與工程學院任學宏教授團隊和康奈爾大學Chih-Chang Chu教授合作設計了一種可生物降解和生物響應性的精氨酸偽蛋白-殼聚糖抗菌水凝膠。該工作將殼聚糖和精氨酸偽蛋白兩種均具有內在抗菌效果和生物降解性的生物材料結合，通過化學交聯，溶劑置換等方法得到了精氨酸偽蛋白-殼聚糖抗菌水凝膠，如圖1所示：

圖1 CS-GMA/Arg-PEUU水凝膠的制備示意圖

  研究發現CS-GMA/Arg-PEUU復合水凝膠具有較高的吸水溶脹性能和pH響應性，適用于在復雜的傷口環境中對細胞信號分子和蛋白質等轉運。CS-GMA/Arg-PEUU復合水凝膠具有更優異的酶促降解性能，在溶菌酶的存在下10天內降解率可達到52.16%-54.99%。該研究中復合水凝膠具有刺激巨噬細胞產生NO和釋放TNF-α等生物因子功能，來調節巨噬細胞啟動炎癥活性，從而增強炎癥和對細菌感染的免疫力，有利于傷口的愈合，使得該水凝膠應用于傷口敷料方面的具有大優勢。復合水凝膠對紅細胞、NIH-3T3成纖維細胞和人血管內皮細胞居于良好的細胞相容性。

圖2 CS-GMA/Arg-PEUU復合水凝膠的(A)不同pH值下的溶脹性能,(B)體外酶降解性能；(C)巨噬細胞NO產量和 (D)TNF-α釋放

  CS-GMA/Arg-PEUU復合水凝膠抗菌效果較單一組分水凝膠的抗菌效果大大提升，復合水凝膠可以分別滅活91.81%的大腸桿菌和85.59%的金黃色葡萄球菌，顯示出了更好的抗菌性能，并且隨著Arg-PEUU組分的增加，抗菌性能提升（圖3）。研究進一步發現，CS-GMA和CS-GMA/Arg-PEUU水凝膠在接觸細菌后具有持續的抗菌效果，這種持續性有利于在傷口愈合過程中預防感染。

圖3 CS-GMA和CS-GMA/Arg-PEUU水凝膠的抗菌性能(A)定性抗菌效果，(B)定量抗菌性能；水凝膠對(C)大腸桿菌和(D)金黃色葡萄球菌的抗菌動力學分析

  該研究的最大意義在于將殼聚糖和精氨酸偽蛋白生物材料的優點結合成一個整體，研發出一類具有內在抗菌效果、可生物降解的生物響應性精氨酸偽蛋白-殼聚糖多功能的水凝膠材料，為抗菌敷料材料的設計及研究提供了借鑒意義。

  研究成果以“Development of Inherently Antibacterial, Biodegradable, and Biologically Active Chitosan/Pseudo-Protein Hybrid Hydrogels as Biofunctional Wound Dressings” 為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces（2021, 13, 14688-14699）上。論文的通訊作者是江南大學紡織科學與工程學院任學宏教授和康奈爾大學Chih-Chang Chu教授，論文第一作者為江南大學紡織科學與工程學院2017級博士研究生殷茂力。上述研究得到了江蘇省研究生科研與實踐創新計劃項目（KYCX18_1833）、國家留學基金委和康奈爾大學伍文森基金會的資助和支持。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c21680