《Biomaterials Advances》：Sprayable MXene composited carboxymethyl cellulose/pectin hydrogel with photothermal enhanced antibacterial for full-thickness skin wound healing
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基于功能化羧甲基纤维素和氧化果胶的自修复水凝胶通过MXene纳米片复合和凝血药物TXA负载，实现了近红外光热刺激下的高效抗菌与止血功能，动物实验验证其可显著促进全层皮肤伤口修复。
王俊玲|朱静静|卢艳芳|娄爱红|崔哲|王勇|王仙玲|秦建雷
河北大学化学与材料科学学院，保定，071002，中国
摘要
基于天然聚合物的可生物降解水凝胶由于其优异的生物相容性、组织粘附性和伤口适应性，可用于促进伤口愈合。在本研究中，通过肼和多巴胺功能化的羧甲基纤维素（CMC-HD）与氧化果胶（OPec）交联，制备了一种具有良好抗氧化性、皮肤粘附性和自愈合特性的可喷涂水凝胶。多巴胺基团增强了水凝胶的抗氧化性能，同时复合了MXene纳米片以利用其光热刺激下的抗菌活性。凝血药物氨甲环酸（TXA）被加载到水凝胶中，提高了其在尾部截肢和肝脏出血模型中的止血效果。在全层皮肤伤口模型中的体内伤口修复实验表明，MXene@TXA/Gel在近红外（NIR）刺激下显著促进了伤口修复速度，这种复合水凝胶作为伤口敷料展现出巨大潜力。
引言
皮肤在抑制微生物入侵和维持体液、电解质及营养物质平衡方面起着重要作用[1,2]。当皮肤受到严重损伤时，病原微生物可能侵入伤口组织导致感染[3]，从而增加败血症、肉芽组织增生甚至死亡的风险[4]。然而，传统的伤口敷料（如纱布、绷带等）的抗菌和抗氧化性能有限，难以有效促进伤口愈合[5]，因此亟需具有抗菌特性的理想伤口敷料来促进组织再生[6]。亲水性网络的水凝胶能够很好地适应伤口缺陷，并为伤口愈合提供适宜的生物环境[7,8]。此外，水凝胶还可以通过改性获得抗菌和抗氧化性能，从而增强组织再生[9,10]。因此，水凝胶敷料成为治疗皮肤缺陷、感染伤口、糖尿病溃疡、烧伤伤口等损伤的相关研究重点[11],[12],[13]。动态交联的自愈合水凝胶具有更多优势，因为它们可以通过动态共价键的可逆反应自动修复缺陷，提供持久的伤口保护[14,15]。
羧甲基纤维素（CMC）是最丰富的天然多糖衍生物之一，常用于制备可生物降解水凝胶[16]。这些水凝胶还经过改性，具备了抗菌、抗氧化和止血性能，以促进组织再生[17]。除了通过直接氧化将邻二醇转化为醛基团[18,19]外，还可以将肼基引入CMC以设计不同功能的水凝胶[20,21]。果胶是另一种易于获得的天然聚合物，具有酯基团和邻二醇结构，也可以通过肼解[22,23]或氧化[24]进行功能化，用于生物科学和生物技术。
水凝胶的抗氧化性能可以减轻过量活性氧（ROS）引起的氧化应激，并促进细胞增殖[25]。同时，水凝胶敷料上的儿茶酚结构可以消除ROS并改善组织粘附性[26,27]。此外，水凝胶敷料有望表现出抗菌性能，抑制细菌感染和炎症反应，从而促进组织再生[28],[29],[30]。基于其优异的生物相容性、强组织穿透性和快速响应性以及抗药物性，NIR刺激下的光热性能开始受到关注[31]。MXene作为一种具有光热特性的二维纳米材料，已被用于抗菌伤口修复[32,33]，以抑制细菌入侵。
在本研究中，CMC通过接枝多巴胺（DA）和肼基团进行功能化，并通过OPec交联制备了可喷涂的自愈合水凝胶。CMC-HD/OPec水凝胶上的接枝DA增强了组织粘附性并赋予了抗氧化性能。复合MXene纳米片后，在NIR刺激下进一步提升了其抗菌性能。负载氨甲环酸（MXene@TXA/Gel）的CMC-HD/OPec水凝胶表现出优异的抗菌和ROS清除能力。此外，体内止血和伤口修复实验证实，MXene@TXA/Gel水凝胶有效减少了出血量并促进了全层皮肤伤口的修复。总之，MXene@TXA/Gel能够促进伤口愈合，这种具有抗菌和止血性能的多功能CMC/果胶基水凝胶作为伤口敷料材料具有良好前景。
材料
羧甲基纤维素（CMC，分子量=250 kDa，粘度=0.9）和氨甲环酸（TXA，纯度=98%）购自Macklin Inc.（上海，中国）。果胶的酯化度约为35.0%（分子量约为108,000），由西雅化学科技有限公司（临沂，中国）提供。N-羟基琥珀酰亚胺（NHS，纯度=98%）由Aladdin生化科技有限公司（上海，中国）提供。2-溴乙醇（纯度=98%）、过氧化氢钠（纯度=99.5%）和2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH，纯度=96%）也用于实验。
CMC-HD的表征及CMC-HD/OPec水凝胶的制备
首先，CMC与2-溴乙醇反应生成酯基团，然后通过EDC活化偶联反应将DA接枝到主链上（图1a）。最后，酯基团通过肼解反应转化为功能性肼基团。CMC-HD的UV–Vis吸收光谱在281 nm处出现特征峰，证明DA已成功接枝到CMC-HD上（图1c）。随着浓度的增加，吸收强度增强（图S1），DA的接枝比例约为6.0%（重量/重量）。
结论
本研究通过CMC-HD与OPec之间的化学交联反应成功制备了一种多功能水凝胶。其中复合了二维MXene纳米片，并加载了止血药物TXA，形成了具有组织粘附性和光热刺激下抗菌性能的多功能MXene@TXA/Gel。该水凝胶表现出优异的自愈合性能、组织粘附性和抗氧化性能，能有效清除ROS。
作者贡献声明
王俊玲：方法学设计、实验实施、数据整理。朱静静：方法学设计、数据分析。卢艳芳：方法学设计、实验实施。娄爱红：方法学设计、实验实施。崔哲：实验实施。王勇：方法学设计、实验实施。王仙玲：数据整理。秦建雷：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法学分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82104224）和河北大学自然科学交叉研究计划（项目编号：DXK202202）的支持。
