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  根據美國疾病控制和預防中心的統(tǒng)計數據，每年約有1000萬人經歷著皮膚損傷帶來的痛苦。尤其是慢性及感染性傷口的臨床護理具有挑戰(zhàn)性。敷料在傷口治療中起到越來越重要的作用。本研究開發(fā)了一種新型復合水凝膠敷料（SA-BBR@SFMP-CGF），該敷料將搭載黃連素（Berberine, BBR）的絲素蛋白（Silk fibroin, SF）微球（BBR@SFMP）和牛角瓜纖維（Calotropis giganteafiber, CGF）添加至海藻酸鈉（Sodium alginate, SA）水凝膠基質中。該敷料實現了黃連素的長效釋放（>15天），并顯著增強了水凝膠的力學性能（最大壓縮強度達295.74 ± 27.45 kPa）。體外研究顯示，其對金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌率高達97.40 ± 0.53%，并具有優(yōu)異的止血性能（溶血率0.33%）。在金黃色葡萄球菌感染的大鼠全層皮膚傷口模型中，該復合水凝膠敷料展現出優(yōu)異的生物相容性，能有效促進傷口愈合，顯著能夠加速新生血管形成、毛囊再生和膠原沉積。該功能敷料能夠提高傷口愈合效果，縮短治療周期，改善患者預后，降低治療成本，為下一代傷口護理技術提供了新思路。

  2025年8月5日，蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室李剛教授、余嘉副教授與牛津大學陳凱麗博士等作者合作開發(fā)了一種兼具長效藥物緩釋與優(yōu)異力學性能的復合水凝膠傷口敷料。該項研究工作以“Composite Hydrogel Dressing with Drug-Release Capability and Enhanced Mechanical Performance”為題發(fā)表在國際權威學術期刊《Biomacromolecules》上。蘇州大學碩士生楊潔、楊反磊和徐文浩為共同第一作者，蘇州大學李剛教授、余嘉副教授與牛津大學陳凱麗博士后研究員為共同通訊作者。合作作者包括余秀琴副主任醫(yī)師、鄭兆柱副教授和王曉沁教授。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、科技部科技合作計劃以及江蘇省科學技術廳等項目的支持。

  研究團隊采用“兩步法”制備了搭載黃連素的絲素蛋白微球（BBR@SFMP），并通過乙醇超聲處理提高了牛角瓜纖維（CGF）的親水性。將BBR@SFMP和CGF分散后加入海藻酸鈉（SA）溶液中，利用透析法引發(fā)Ca2?離子交聯，最終形成復合水凝膠敷料（圖1）。所研制的敷料不僅具有優(yōu)異的藥物緩釋性能（符合Ritger-Peppas模型），其壓縮模量（30.30 kPa）和溶脹率（411.80%）也優(yōu)于傳統(tǒng)藻酸鹽敷料。由于CGF的中空結構及其與SA分子網絡間的氫鍵作用，使得敷料的力學強度顯著提升，在反復壓縮循環(huán)后仍保持穩(wěn)定模量（>25 kPa），使其能夠適應關節(jié)等高應力活動部位的動態(tài)傷口環(huán)境（圖2）。

  體外抗菌實驗證實，SA-BBR@SFMP-CGF對金黃色葡萄球菌的抑制效果顯著（>90%），其抗菌性能主要歸因于BBR的釋放（圖3）。細胞實驗（L929成纖維細胞）和溶血實驗（溶血率0.33%）均證明了其具有優(yōu)異的生物相容性和血液相容性。此外，CGF的加入顯著改善了敷料的止血性能，5分鐘凝血指數（BCI）顯著低于純SA水凝膠和未加CGF的復合水凝膠，性能優(yōu)于傳統(tǒng)止血產品（圖3）。在金黃色葡萄球菌感染的大鼠全層皮膚傷口模型中，SA-BBR@SFMP-CGF組展現出最快的愈合速度和最佳的愈合質量（圖4）。組織學分析（H&E, Masson, CD31和CK14染色）顯示，該敷料能有效減輕感染引起的炎癥，顯著促進第7天和第14天的新生血管密度、毛囊數量以及膠原沉積（圖5），從而加速了表皮再生和真皮組織重建。這種協同效應源于：SA水凝膠維持濕潤環(huán)境；SF（微球及基質）提供生物相容性并支持細胞活動；BBR持續(xù)釋放抑制細菌感染以及CGF增強力學性能并輔助止血。

圖1. 復合水凝膠的制備及其在金黃色葡萄球菌感染傷口愈合中的應用示意圖。（a）SF溶液的制備工藝;（b） SA-BBR@SFMP和SA-BBR@SFMP-CGF的制備流程;（c）金黃色葡萄球菌感染全層皮膚創(chuàng)面的模型和愈合過程。

圖2. SA-BBR@SFMP-CGF復合水凝膠的表征、力學性能及降解行為：(a) 載藥后BBR@1%SFMP表面形貌；(b) 壓縮過程圖像；(c) 復合水凝膠壓縮強度；(d) 復合水凝膠壓縮模量；(e) SA-BBR@SFMP-CGF在20%、40%、60%應變下50次循環(huán)后的壓縮模量；(f) SA-BBR@SFMP-CGF表面形貌；(g) SA, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF在不同pH下的溶脹率；(h) SA, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF水凝膠在含胰酶的PBS降解液中的質量保留率；(i) 在PBS降解液中的質量保留率。

圖3. SA-BBR@SFMP-CGF復合水凝膠的抗菌活性、藥物釋放及生物相容性：(a) SA-CGF, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌表征；(b) 抗菌性能（50%-90%為抑菌，>90%為強效抑菌）；(c) SA, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF在兩種PBS緩沖液中的藥物釋放曲線；(d) 不同復合水凝膠敷料浸提液培養(yǎng)小鼠成纖維細胞的熒光染色結果；(e) CCK-8法檢測復合水凝膠敷料細胞增殖結果統(tǒng)計圖；(f) 凝血指數統(tǒng)計圖。

圖4. SA-BBR@SFMP-CGF水凝膠在SD大鼠傷口愈合中的效果評估：(a) 對照組、SA組、SA-BBR@SFMP組、SA-BBR@SFMP-CGF組SD大鼠背部皮膚傷口在第1、3、5、7、11、14天的愈合照片；(b) 對照組及不同樣本處理的大鼠傷口愈合過程示意圖；(c) 水凝膠覆蓋傷口示意圖；(d) 第7天部分愈合皮膚圖像（從上至下：SA-BBR@SFMP-CGF, SA-BBR@SFMP, SA, 對照組）；(e) 不同樣本處理后的傷口愈合進程；(f) 不同樣本處理第7天和第14天傷口愈合率統(tǒng)計表。

圖 5. SA-BBR@SFMP-CGF 水凝膠處理傷口的組織學分析和組織再生。(a）對照組、SA 組、SA-BBR@SFMP 組和 SA-BBR@SFMP-CGF 組 SD 大鼠背側皮膚傷口組織在第 7 天和第 14 天的 H&E 和 Masson 染色結果；（b-c）不同樣品處理后第 7 天和第 14 天新生血管和新生毛囊的統(tǒng)計表；（d）不同樣本傷口處理后第 7 天和第 14 天膠原蛋白沉積率統(tǒng)計表；（e）CD31 和 CK14 染色結果；（f）不同樣本傷口處理后第 7 天和第 14 天表皮厚度統(tǒng)計表。

  上述研究結果表明，該研究開發(fā)的SA-BBR@SFMP-CGF復合水凝膠敷料，通過創(chuàng)新性地結合SF微球的藥物緩釋功能與牛角瓜纖維的力學增強及止血特性，改善了水凝膠敷料在藥物快速釋放和力學強度不足方面的局限。該敷料具備優(yōu)異的生物相容性、長效抗菌性（尤其針對金黃色葡萄球菌）、增強的力學性能（匹配皮膚模量、耐疲勞）、良好的止血效果，并能顯著加速感染性傷口的愈合過程（促進血管化、毛囊再生和膠原沉積）。該研究為開發(fā)適用于動態(tài)傷口環(huán)境、尤其是高應力活動部位或慢性感染傷口的新型多功能敷料提供了有效的策略，具有潛在的臨床應用前景。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.biomac.5c00505

通訊作者簡介：

  陳凱麗，英國帝國理工學院獲得博士，現于牛津大學Botnar研究中心從事科研工作，專注于生物傳感診斷材料與器件、纖維材料用于組織工程及再生醫(yī)學研究。在Nature Communications等期刊發(fā)表了多篇高水平論文。

  余嘉，蘇州大學體育學院運動康復專業(yè)副教授，上海交通大學碩士、香港理工大學博士、哈佛大學訪問學者；曾在美國Mayo Clinic、Harvard University的骨科生物力學實驗室/中心開展訪問研究。主要研究方向為：肌骨系統(tǒng)生物力學、醫(yī)學3D打印、康復工程；已發(fā)表學術論文及專著50余篇，授權專利10余項，參與制定3D打印團體標準3項。主持國家自然科學基金面上項目，科技部重點研發(fā)計劃子課題等10余項；擔任中國生物醫(yī)學工程學會康復工程分會青年副主任委員、中國康復輔助器具協會康復工程專業(yè)委員會青年副主任委員、SICOT中國部數字骨科學會第一屆委員會委員、江蘇省醫(yī)學會數字醫(yī)學分會第一屆委員會青年委員、蘇州市科技計劃項目評審專家，以及國內外20多個權威雜志評審專家。

  李剛，蘇州大學教授、博導，江蘇省第十五批“六大人才高峰”高層次人才、江蘇省僑聯青年委員會委員、香港理工大學江蘇校友會副會長。香港理工大學博士、美國塔夫茨大學訪問學者（導師：美國工程院David Kaplan院士）。長期在絲蛋白生物材料、醫(yī)用和智能紡織材料等交叉領域開展研究。在Advanced Functional Materials、Biomaterials等期刊發(fā)表學術論文150余篇，已授權美國、日本和中國專利50余件，聯合企業(yè)獲批國家藥監(jiān)局三類醫(yī)療器械產品注冊證1項。主持國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學基金面上項目等項目30余項，曾獲中國絲綢領域十大科技進展獎、中國商業(yè)聯合會科技進步獎、香港首屆創(chuàng)新大賽冠軍、江蘇省十大行業(yè)優(yōu)秀成果獎等榮譽。主要學術兼職為中國生物材料學會高級會員、智能仿生材料分會委員、中國科協培訓和人才服務中心、國家藥監(jiān)局器審中心、中國和奧地利國家自然科學基金、“霍英東”科教獎和泰晤士高等教育世界大學排名函評專家（https://web.suda.edu.cn/tcligang）。