FCSG-Net：用于中风分割的频域跨尺度门控网络

《Biomedical Signal Processing and Control》：FCSG-Net: Frequency-domain Cross-scale Gated Network for stroke segmentation

pH响应性海藻酸钠/壳聚糖复合水凝胶通过动态调节抗菌与促愈离子释放，精准适配伤口感染控制与组织修复的阶段性需求。实验证实，该水凝胶在酸性环境下快速释放抗菌成分茶多酚，抑制病原菌并清除过量ROS；在碱性环境中舒展结构，持续释放Zn2?和Ca2?，促进血管生成与胶原沉积。体内实验显示其可加速大鼠全层皮肤缺损愈合，抑制M1型巨噬细胞活化并增强M2型极化。该材料为感染性伤口的精准治疗提供了新策略。

　　在现代医学研究中，伤口愈合是一个复杂且多阶段的生物学过程，尤其在感染性伤口的治疗方面，传统方法往往存在局限性。感染性伤口通常伴随着局部炎症反应，导致伤口微环境呈现酸性特征，而在愈合阶段，伤口环境逐渐趋于弱碱性。传统抗菌敷料虽然能够提供一定的防护作用，但其主要依赖于单一的抗菌成分，无法有效响应伤口微环境的变化，也难以实现对伤口愈合过程的精准调控。因此，开发一种能够根据伤口微环境变化而调整其功能的智能材料，成为当前研究的热点。

本研究中，科学家们设计了一种基于pH响应机制的新型水凝胶，该水凝胶由海藻酸钠（SA）和羧甲基壳聚糖（CMCS）形成的互穿网络结构组成，并负载了单宁酸（TA）和掺杂锌的生物玻璃（BAG）。这种设计充分利用了不同pH条件下水凝胶结构的变化特性，使其在感染初期能够快速释放TA，发挥强效的抗菌作用；而在愈合阶段，随着pH的升高，水凝胶会膨胀，从而持续释放锌和钙离子，这些离子能够促进血管生成、增强细胞活性并调节炎症反应。这种“先抑菌、后修复”的分阶段响应机制，使得水凝胶能够在不同阶段提供相应的治疗功能，从而加速伤口愈合过程。

在材料的构建过程中，研究人员通过化学和物理相互作用，将TA和BAG整合进SA/CMCS网络中。TA主要通过氢键和疏水作用力被负载，而BAG则通过其自身的结构特性与水凝胶基质相互作用。当水凝胶处于酸性环境中时，其网络结构会收缩，导致TA的快速释放，以应对感染初期的微生物增殖问题。而在碱性环境中，水凝胶网络会膨胀，从而促进Zn2?和Ca2?的持续释放，为组织修复提供必要的营养支持和生物活性。这种响应性设计不仅提高了抗菌效果，还增强了水凝胶在促进组织再生方面的潜力。

在体外生物评价中，研究人员对水凝胶的抗菌性能进行了全面评估。通过生物膜三维成像、细菌活/死染色和菌落计数等方法，发现SA/CMCS/TA/BAG水凝胶在对抗细菌生物膜方面表现出显著的优势。与对照组相比，该水凝胶在所有实验条件下均显示出更高的抗菌效率，特别是在模拟感染环境的酸性条件下，其抗菌效果更为突出。这表明，TA的快速释放能够有效抑制病原体的生长，而BAG的持续释放则为愈合阶段提供了必要的修复信号。

此外，水凝胶在调节免疫反应方面也表现出良好的性能。通过免疫荧光分析和Western blot检测，研究人员发现该水凝胶能够显著降低促炎性M1巨噬细胞的激活，并促进抗炎性M2巨噬细胞的极化。这种对巨噬细胞的调控作用，有助于减轻炎症反应，同时促进组织修复过程。TA和BAG释放的离子不仅能够抑制炎症因子的过度表达，还能通过调控细胞信号通路，如NF-κB和Nrf2/HO-1，进一步降低氧化应激水平，为细胞提供一个更加适宜的生长环境。

在抗氧化能力的评估中，水凝胶同样表现出优异的性能。通过流式细胞术检测细胞内的活性氧（ROS）水平，研究人员发现SA/CMCS/TA/BAG水凝胶能够显著降低ROS的产生，从而减少氧化损伤，促进细胞的存活和功能恢复。这种抗氧化能力不仅有助于缓解炎症，还能增强血管生成和组织修复的效率。相比之下，SA/CMCS水凝胶的抗氧化效果较弱，而SA/CMCS/BAG水凝胶则显示出中等的抗氧化能力，这表明TA在该水凝胶中发挥了关键作用。

在促进血管生成的实验中，研究人员使用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）进行管形成实验，评估水凝胶对血管生成的影响。结果显示，SA/CMCS/TA/BAG水凝胶能够显著促进HUVECs的迁移和管状结构的形成，这表明其在血管生成方面具有显著的促进作用。TA的抗氧化和抗炎特性有助于改善内皮细胞的微环境，而BAG释放的钙和锌离子则能够激活血管生成相关的信号通路，如PI3K/Akt，从而加速血管网络的形成。

在血液相容性测试中，研究人员通过红细胞裂解实验评估了水凝胶的潜在毒性。结果显示，SA/CMCS/TA/BAG水凝胶的裂解率低于5%，表明其具有良好的血液相容性。相比之下，SA/CMCS/BAG水凝胶的裂解率略高，约为7%，这可能是由于其在酸性条件下的离子释放速率较快，导致了部分红细胞膜的破坏。然而，这种裂解率仍然处于安全范围内，说明该水凝胶在实际应用中不会对血液系统造成显著影响。

在体内实验中，研究人员使用全层皮肤缺损大鼠模型来评估水凝胶的治疗效果。实验结果显示，SA/CMCS/TA/BAG水凝胶能够显著促进伤口愈合，其在第14天时表现出接近完全愈合的效果。相比之下，其他组别如对照组、SA/CMCS组、SA/CMCS/TA组和SA/CMCS/BAG组的愈合效果相对较弱。通过H&E染色和Masson三色染色，研究人员进一步确认了水凝胶在促进组织再生方面的有效性。SA/CMCS/TA/BAG组的大鼠皮肤组织在第14天时呈现出接近正常的结构，表明该水凝胶能够有效促进组织修复和再生。

总体而言，这种pH响应型水凝胶在多个方面均表现出优越的性能。它不仅能够根据伤口微环境的变化，动态调整其功能，还能够在抗菌、抗炎、抗氧化和促进血管生成等方面提供全面的支持。通过结合TA和BAG的优势，该水凝胶实现了对感染性伤口的精准、分阶段治疗，为临床应用提供了新的思路和可能的解决方案。此外，其良好的生物相容性和低毒性，也为其在实际应用中的推广奠定了基础。这一研究为开发新型智能敷料提供了重要的理论支持和实验依据，具有广阔的前景。