基于双酶诱导聚合的超支化高分子量α-葡聚糖合成研究

《Carbohydrate Polymers》：Dual-enzyme-induced polymerization for the synthesis of hyperbranched, high-molecular-weight α-glucans

本文开发了一种基于氧化β-环糊精（OCD）与α-硫辛酸修饰壳聚糖（LACS）的pH响应型可注射双网络水凝胶（LCOD），用于慢性感染伤口修复。该水凝胶通过希夫碱反应形成可注射初级网络，并利用UV照射构建无光引发剂的二硫键次级网络以增强力学性能。OCD兼具交联剂和疏水性药物白藜芦醇（Res）载体功能，实现了在感染酸性微环境下的智能药物释放，展现出优异的抗菌、抗氧化、生物相容性及促进伤口愈合能力。

　　

Highlight

材料表征

为了构建一种能够提供抗菌保护、生物相容性和增强组织粘附的功能性水凝胶，我们参照既定方法，通过酰胺化反应将α-硫辛酸（α-LA）接枝到壳聚糖上，得到了水溶性产物LACS。α-LA中的二硫键使得无需传统合成光引发剂即可在紫外线照射下自发交联，规避了其固有的毒性风险。

通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（¹H NMR）对产物进行了结构表征。

LCOD水凝胶的形成与表征

LCOD水凝胶是通过氧化β-环糊精（OCD）的醛基与LACS的氨基之间发生希夫碱反应形成的。通过调节OCD的含量，可以改变希夫碱网络的交联密度，从而调控水凝胶的流变学性能和力学强度。经过紫外线照射后，LACS链上的α-硫辛酸分子间形成二硫键（S–S），构建了第二个共价交联网络，显著增强了水凝胶的机械稳定性和适应性。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，水凝胶具有多孔的三维网络结构，有利于营养物质和废物的传输。

药物释放行为

利用OCD的疏水性空腔成功包封了疏水性药物白藜芦醇（Res）。由于希夫碱键对酸性pH敏感，在模拟感染伤口酸性环境（pH 5.5）的条件下，LCOD&Res水凝胶表现出明显的pH响应性药物释放行为，而在中性pH（7.4）下释放缓慢。这种特性使得药物能够在感染部位实现按需智能释放。

抗菌和抗氧化性能评估

LACS本身源自天然聚合物壳聚糖，具有一定的固有抗菌活性。负载Res后，LCOD&Res水凝胶对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）均表现出显著的抗菌效果。同时，得益于α-硫辛酸和白藜芦醇强大的抗氧化能力，该水凝胶在清除DPPH和ABTS自由基的实验中展现出卓越的抗氧化活性，有助于清除伤口部位过量的活性氧（ROS），调节炎症微环境。

体外细胞相容性

通过CCK-8法和活/死细胞染色实验评估了LCOD水凝胶的细胞相容性。结果表明，该水凝胶提取液对成纤维细胞（L929）的增殖无显著抑制作用，且细胞存活率高，证明了其良好的生物相容性，满足作为伤口敷料的基本要求。

体内伤口愈合评价

在小鼠慢性感染伤口模型中，评估了LCOD&Res水凝胶的治疗效果。与对照组和空白水凝胶组相比，LCOD&Res治疗组表现出最快的伤口收缩率。组织学分析（H&E染色和Masson三色染色）显示，该水凝胶能显著减轻炎症反应、促进胶原蛋白沉积、刺激血管生成（ angiogenesis）并加速上皮再生（re-epithelialization），从而有效促进伤口愈合。

结论

本研究成功开发了一种新型的可注射双网络水凝胶LCOD，用于慢性感染伤口的修复。该水凝胶巧妙地将pH响应性药物释放、优异的抗菌抗氧化活性、可调的力学性能以及良好的生物相容性集于一体。OCD作为多功能单元，同时扮演了交联剂和药物载体的角色。次级二硫键网络的形成在不使用光引发剂的情况下显著增强了力学强度。体内外实验均证实LCOD&Res水凝胶能有效促进感染伤口的愈合过程，为慢性伤口管理提供了一种有前景的治疗策略。