含有姜黄素和左氧氟沙星的3D打印敷料的制备与评估，用于伤口愈合应用

《Materials Today Advances》：Formulation and evaluation of 3D-printed dressings loaded with curcumin and levofloxacin for wound healing application

姜黄素与左氧氟沙星共载的乙基纤维素基3D打印敷料通过半固态挤出技术制备，证实其兼具抗菌性能与促进伤口愈合作用。实验比较了乙基纤维素与玉米蛋白两种基质对药物释放和力学性能的影响，发现乙基纤维素敷料 tensile strength（7.05 MPa）显著高于玉米蛋白（4.35 MPa），但后者弹性更好。抗菌测试显示所有含药敷料均能有效抑制金黄色葡萄球菌（CFU/mL <1）。动物实验表明，单独使用姜黄素组伤口愈合最佳（p<0.001），而姜黄素-左氧氟沙星复合组通过抑制炎症反应（PMNL减少最显著）和促进上皮化（epithelialization score达3.58±0.09）实现协同效应，但左氧氟沙星单独使用可能因保持伤口干燥而延缓愈合。热分析显示药物以无定形态分散，XRD证实结晶结构破坏。

　　本研究探讨了将姜黄素（CUR）与左氧氟沙星（LEVO）结合并采用半固态挤出（SSE）3D打印技术制备用于伤口护理的敷料的可行性。CUR作为一种传统用于伤口愈合的天然生物活性成分，因其具有抗炎、抗菌和抗氧化等多重功能，被认为是伤口治疗的一种潜在替代品。然而，CUR的生物利用度低、水溶性差、代谢快以及在碱性条件下的不稳定性限制了其临床应用效果。因此，将CUR与广谱抗生素LEVO结合，有望提高其在伤口愈合过程中的治疗效果。LEVO作为第三代氟喹诺酮类抗生素，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有良好的抗菌活性，且在局部使用时可以减轻系统用药可能带来的副作用，例如对胃肠道和中枢神经系统的不良影响。

本研究采用两种不同的聚合物——乙基纤维素（Ethocel）和玉米蛋白（Zein）作为基质材料，利用SSE 3D打印技术将CUR和LEVO分别或联合载入到敷料中。该技术的优势在于避免了有机溶剂的使用，减少了潜在的药物相互作用，并且能够实现个性化治疗。通过比较不同聚合物对药物释放和抗菌性能的影响，研究发现Ethocel基质的敷料表现出较低的弹性但较高的抗断裂能力，这可能与其优越的拉伸强度有关。相比之下，Zein基质的敷料则显示出更高的弹性，但其抗断裂能力相对较弱。在体外药物释放实验中，结果显示不同聚合物对CUR和LEVO的释放曲线没有显著影响，表明药物在两种基质中的释放行为较为一致。

抗菌实验进一步验证了CUR、LEVO及其联合使用对金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）的抑制效果。所有治疗组的细菌计数均低于1 CFU/mL，而空白组未显示出抗菌效果，说明CUR和LEVO在抑制细菌生长方面具有显著作用。其中，Ethocel-CUR-LEVO组在伤口愈合过程中表现出最佳的愈合反应，包括表皮化增强、成纤维细胞迁移增加以及新生血管形成减少。这些结果表明，CUR-LEVO载入的Ethocel基质敷料在促进伤口愈合和预防感染方面具有巨大潜力。

在材料与方法部分，研究团队详细描述了实验所需的材料和配方。CUR和LEVO以10%的重量百分比加入到Ethocel或Zein中，而甘油和L-PCL作为辅助成分。最终的混合物通过SSE 3D打印技术形成10 mm直径的圆网结构，以促进空气交换并确保结构完整性。通过显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察，发现打印前的敷料表面没有明显的孔隙，但在体外药物释放后，Zein基质的敷料表现出较大的孔隙，这可能与其结构降解有关。而Ethocel基质的敷料在药物释放后仅出现少量孔隙，表明其结构稳定性较高。

为了进一步评估药物在敷料中的分布情况，研究团队采用了拉曼显微镜技术。拉曼光谱分析显示，CUR在Ethocel和Zein基质中的分布较为均匀，而LEVO的信号较弱，难以检测。这可能是因为LEVO的分子结构对拉曼散射不敏感，或者其在聚合物基质中的分散度较低。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示，Zein基质中出现了新的吸收峰，这可能表明聚合物与增塑剂之间发生了相互作用。而X射线衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC）的结果进一步支持了CUR和LEVO在两种基质中由晶体态转变为非晶态，表明它们在聚合物网络中形成了稳定的分散体系。

在热分析方面，DSC结果显示CUR和LEVO在打印后的样品中失去了其熔点特征，说明它们的物理状态发生了改变。而TGA分析表明，Ethocel基质的热稳定性优于Zein基质，这可能与其结晶度和分子结构有关。尽管CUR和LEVO的加入对热稳定性产生了一定影响，但总体上对两种基质的热性能影响较小，说明药物在基质中的分散较为均匀，不会显著破坏材料的热行为。

机械性能的评估显示，Ethocel基质的敷料在拉伸强度、弹性极限和杨氏模量方面均优于Zein基质。这意味着Ethocel基质能够更好地承受外部应力，防止在使用过程中发生断裂。而Zein基质的高弹性可能有助于伤口的自然收缩，但其抗断裂能力相对较弱。尽管CUR和LEVO在Ethocel基质中表现出略微的层间融合，但在Zein基质中未观察到这种现象，这可能与Zein的干燥速度较快或其与药物之间存在更强的相互作用有关。

在体外药物释放实验中，CUR和LEVO的释放曲线未因聚合物种类的不同而出现显著差异，表明两种基质对药物释放的控制能力相似。然而，CUR在Zein基质中的释放率略高于Ethocel基质，这可能与Zein的孔隙结构有关。相比之下，LEVO在Ethocel基质中的释放更为充分，尤其是在前五天内。由于CUR的释放较慢，进一步优化其释放速率对于提高其在伤口愈合中的作用具有重要意义。

在抗菌性能的评估中，所有治疗组均表现出对*Staphylococcus aureus*的有效抑制，而空白组未显示出抗菌效果。这说明CUR和LEVO在抑制细菌生长方面具有良好的性能。其中，Ethocel-CUR-LEVO组表现出最强的抗菌效果，表明两者的协同作用可能对伤口感染的预防更为有效。CUR的抗菌作用可能与其干扰细菌细胞膜的结构有关，而LEVO则通过抑制DNA螺旋酶来破坏细菌的DNA复制，从而发挥其抗菌作用。

在动物实验中，研究团队使用了7周龄的雄性ddY小鼠，通过全层皮肤切除模型评估不同敷料对伤口愈合的影响。结果显示，Ethocel基质的敷料在促进伤口闭合方面表现出更好的效果，尤其是在不添加药物的情况下。这表明Ethocel基质本身具有一定的促进愈合的特性，可能与其提供的湿润环境、吸收伤口渗出液以及形成类似天然细胞外基质（ECM）的结构有关。此外，CUR的加入显著提高了表皮化程度，减少了炎症细胞的浸润，并促进了成纤维细胞的迁移。这些结果支持了CUR在伤口愈合中的多重作用，包括抗炎、抗菌和抗氧化。

在组织学分析中，CUR和LEVO的联合使用表现出最佳的愈合效果。CUR-LEVO组在表皮化评分上显著高于其他治疗组，且炎症细胞数量最少，说明其在抑制炎症反应方面具有优势。成纤维细胞的增加表明组织修复过程正在加速，而新生血管的减少则提示伤口可能已经进入修复的后期阶段。尽管LEVO单独使用在早期阶段表现出较高的炎症细胞浸润，但随着愈合过程的推进，其对伤口闭合的影响逐渐显现。然而，CUR-LEVO组的伤口闭合速度优于LEVO单独使用，这可能与CUR在促进组织再生和减少炎症反应的能力有关。

本研究还指出，虽然CUR和LEVO在促进伤口愈合方面具有积极作用，但它们的组合使用并未显著提高愈合速度，反而可能在某些情况下延迟愈合过程。这表明两种药物在作用机制上存在一定的差异，且它们的协同效应可能并非线性叠加。因此，未来的研究需要进一步探讨不同药物组合对伤口愈合的具体影响，并优化药物释放速率以提高治疗效果。

综上所述，本研究通过3D打印技术成功制备了CUR和LEVO载入的伤口敷料，并评估了其在体外和体内的性能。Ethocel基质在机械性能和热稳定性方面优于Zein基质，但Zein基质在促进伤口弹性方面表现更佳。CUR和LEVO的组合使用在促进伤口愈合和抑制细菌感染方面表现出良好的效果，尤其是Ethocel-CUR-LEVO组。这些结果表明，CUR-LEVO载入的Ethocel基质敷料在先进伤口护理中具有广阔的应用前景。未来的研究应进一步探讨该敷料的长期效果，并结合其他组织学指标（如Masson三色染色、VEGF表达分析、细胞因子和趋化因子谱分析等）来更全面地评估其治疗潜力。