【創(chuàng)面修復(fù)與再生】應(yīng)用中，光固化水凝膠如何選擇？

來源： EngineeringForLife

皮膚創(chuàng)面的修復(fù)進程分為止血、炎癥、增生、重塑四個連續(xù)協(xié)調(diào)的過程，然而創(chuàng)面愈合的過程并非完美有序。任何外界因素的影響都會導(dǎo)致愈合進程的異常，如炎癥、感染、燒傷、糖尿病等。因此，急需開發(fā)一種能夠防止感染和加速傷口閉合的多功能傷口敷料[1]。

如今，各類創(chuàng)面敷料已被發(fā)出來以覆蓋傷口、為外界感染提供臨時屏障。其中，具有ECM相似性的水凝膠敷料為創(chuàng)面愈合提供了友好的3D微環(huán)境來促進組織再生，是一種理想的創(chuàng)面治療方法。而面對眾多的水凝膠敷料形式，該如何選擇呢？面對眾多基于生物材料（明膠、透明質(zhì)酸等）的水凝膠載體，又該如何選擇呢？本期，EFL為大家深入淺出地講解選擇光固化水凝膠敷料形式的優(yōu)勢，并區(qū)分講解各類創(chuàng)面修復(fù)與再生領(lǐng)域的光固化材料，讓非相關(guān)專業(yè)研究人員能更有目標(biāo)性地去選擇合適的凝膠基材。

圖1 創(chuàng)面修復(fù)的四個不同階段[2]

1.光固化水凝膠應(yīng)用于創(chuàng)面敷料的優(yōu)勢
在眾多形式的凝膠敷料（凝膠敷貼、可自由流動的凝膠乳膏等）中，基于光固化水凝膠的創(chuàng)面敷料兼具“原位成形”及“智能成膠”的特點。①相比其他原位成膠的凝膠機理，如pH、熱或離子交聯(lián)等，利用光來調(diào)控凝膠的成型方式更為便捷，可控性更強。②另外,“溶膠”到“凝膠”的光固化凝膠成型方式使可噴霧式凝膠敷料成為可能，僅需調(diào)節(jié)凝膠前驅(qū)體的最佳黏度即可[3]。一方面，噴霧輸送可增加功能性復(fù)合水凝膠對創(chuàng)面區(qū)域的滲透，從而有助于改善有效成分或治療配方對傷口的輸送，進一步的光固化提高了凝膠敷料對創(chuàng)面的粘附作用。（PS:若凝膠前驅(qū)體較為粘稠，可設(shè)計為可注射式凝膠敷料形式，具備填充不規(guī)則創(chuàng)面的優(yōu)點。同樣，也可參照【視頻集錦】光固化水凝膠可注射性展示，采用預(yù)固化的方式增加凝膠前驅(qū)液的黏度，提高可注射性。）

圖2 基于負載抗菌肽的甲基丙烯�；瘡椥缘鞍�/甲基丙烯�；�明膠（MeTro/GelMA-AMP）可噴霧式凝膠敷料[4]

2.光固化水凝膠敷料的基材選擇
在創(chuàng)面修復(fù)與再生領(lǐng)域如圖3所示，各種功能化的水凝膠敷料已被構(gòu)建出來以加速創(chuàng)面修復(fù)的四個進程，如止血、抗菌、促進血管修復(fù)等。因此，光固化水凝膠一般復(fù)合其它功能性聚合物、微納米載體、生長因子或藥物來實現(xiàn)多功能凝膠敷料的構(gòu)建，以達到“1+1>2”的效果。其中關(guān)于活性物質(zhì)（藥物、生長因子、外泌體）的負載可參考推文-【負載與控釋】應(yīng)用中光固化水凝膠如何選擇？同時，理想的凝膠敷料基材也應(yīng)滿足模仿皮膚ECM，提供宿主細胞浸潤和再生的微環(huán)境。此外，如止血、抗菌等衍生的特征性功能也是必需的[1]。

圖3 各種功能性水凝膠敷料[1]

2.1 模擬皮膚細胞外基質(zhì)（ECM）
細胞外基質(zhì)（ECM）是指分布于細胞外空間，由細胞分泌的蛋白質(zhì)和多糖所構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。皮膚ECM為其各層細胞（表皮、真皮、真皮下層）提供結(jié)構(gòu)和生化支撐，并為它們的增殖奠定了基礎(chǔ)[2]。其中ECM結(jié)構(gòu)中含有層粘連蛋白、IV型和VII型膠原蛋白及蛋白多糖等。從仿生角度來看，蛋白類的光固化水凝膠材料，如GelMA[5]、SilMA[6]、SerMA[7]，這類材料可以提供細胞的粘附位點，提高成纖維細胞的著床能力；多糖類的光固化水凝膠材料，如HAMA[8]、AlgMA[9]、CSMA[10]、DexMA[11]等，這類材料可提供細胞增殖的微環(huán)境。

2.2 特征性功能（止血、抗菌等）
止血發(fā)生在傷口愈合的最初階段，因此具有止血功能的水凝膠敷料對促進傷口愈合具有有積極意義。研究表明，水凝膠的止血性能不僅有物理密封的支撐，還可通過吸收創(chuàng)面浸出液富集凝血因子或活性因子等以加速組織再生[1]。以殼聚糖為基礎(chǔ)的水凝膠具有良好的生物粘附、抑菌和止血性能，能夠與紅細胞結(jié)合，導(dǎo)致血液凝結(jié)[12]，因此CSMA可用于止血及抗菌功能敷料的設(shè)計[10]。

絲素蛋白是由多種氨基酸組成的高分子聚多肽等，其疏水肽鏈（H鏈）和親水肽鏈（L鏈）組成的特殊結(jié)構(gòu)致使其易受外界因素（pH、酶等）而凝膠化。利用這一特性，創(chuàng)面出血處的血漿蛋白、凝血因子等可誘導(dǎo)其凝膠化，進而實現(xiàn)止血，因此SilMA也可用于止血功能敷料的設(shè)計[6]。

表1 從凝膠敷料所具備的功能點出發(fā)，可選的光固化水凝膠材料

下面，列舉一些在創(chuàng)面修復(fù)與再生中的應(yīng)用實例。

1. Bioactive Materials：生長因子洗脫粘接劑支架的體內(nèi)打印可促進傷口愈合
光固化凝膠材料：GelMA
復(fù)合功能性活性因子：血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)—促進血管化
研究方法：通過內(nèi)置UV光的手持設(shè)備將負載VEGF的GelMA/明膠復(fù)合凝膠原位打印在創(chuàng)面部位
研究結(jié)果：該原位交聯(lián)GelMA水凝膠粘附性強，可黏附在濕潤組織的曲面上，同時持續(xù)釋放VEGF，顯著提高了創(chuàng)面的愈合質(zhì)量[5]。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.06.030

2. Advanced Healthcare Materials：用于促進創(chuàng)面愈合的負載Zn-MOF的HAMA微針
光固化凝膠材料：HAMA
復(fù)合功能性活性因子：Zn-MOF納米材料—抗菌
研究方法：通過UV交聯(lián)得到負載Zn-MOF的HAMA微針
研究結(jié)果：微針陣列中的Zn-MOF納米顆粒可通過持續(xù)釋放Zn2+破壞細菌的代謝和膜結(jié)構(gòu)，發(fā)揮抗菌作用。HAMA則通過透明質(zhì)酸酶緩慢催化生成低分子量HA，顯著促進血管生成、膠原沉積，減少創(chuàng)面炎癥反應(yīng)[8]。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adhm.202100056

3. ACS Applied Materials & Interfaces：F127DA水凝膠用于創(chuàng)面愈合的可控藥物釋放
光固化凝膠材料：丙烯酰化Pluronic F127（F127DA），甲基丙烯酸磺基甜菜堿
復(fù)合功能性活性因子：疏水性藥物（利福平、紅霉素、吲哚美辛）—抗菌
研究方法：UV交聯(lián)得到F127DA/甲基丙烯酰磺基甜菜堿復(fù)合凝膠，其中F127DA作為大分子交聯(lián)劑和活性藥物載體
研究結(jié)果：對F127DA膠束交聯(lián)的水凝膠施加外力時，F(xiàn)127DA膠束發(fā)生構(gòu)象變形，可釋藥物到水凝膠基質(zhì)中。該水凝膠可通過機械應(yīng)變大小和機械循環(huán)加載次數(shù)有效調(diào)控藥物持續(xù)釋放，表現(xiàn)出高效的抗菌性能，表現(xiàn)出良好的促皮膚修復(fù)能力[13]。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.0c13009

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