酶固定化氟化水凝胶增强氧滞留能力在缺氧治疗中的应用研究

针对伤口愈合中缺氧和活性氧(ROS)积累导致的ECM合成受阻、胶原生成减少等问题，研究人员开发了基于修饰透明质酸(HA)的3D水凝胶系统。通过将过氧化氢酶(CAT)固定在HA上分解H2 O2 ，并引入氟化过氧化钙(CPO)负载的聚己内酯(PCL)颗粒实现可控氧释放，该水凝胶可同时缓解缺氧和清除ROS，显著提升细胞内氧水平，为皮肤创伤修复提供新策略。

　　

慢性伤口愈合面临的核心挑战是局部缺氧和活性氧(ROS)积累形成的恶性循环。当组织氧分压低于2%时，细胞被迫转向无氧糖酵解，导致胶原合成受阻、血管生成抑制，同时过量ROS会进一步破坏细胞外基质(ECM)。传统氧载体如血红蛋白存在载氧量低(<10²
mmol)、需外部氧源预饱和等缺陷，而固体过氧化物虽能持续产氧，但存在分解过快、副产H₂
O₂
毒性等问题。如何实现氧气的可控释放与滞留，同时消除ROS的负面影响，成为组织工程领域亟待突破的难题。

为解决这一难题，研究人员开发了一种多功能水凝胶系统。该研究创新性地将氟化材料的高氧溶解特性与酶催化技术相结合：一方面通过聚己内酯(PCL)包裹过氧化钙(CPO)延缓分解速度，另一方面利用两种氟化策略——将五氟辛酰氯(PFC)直接载入CPO颗粒(PFC-loaded)或与固定化PFC纳米颗粒复合(PFC-conjugated)，显著提升氧气滞留能力。同时，固定在透明质酸(HA)上的过氧化氢酶(CAT)可将CPO分解产生的H₂
O₂
转化为氧气，实现"变废为宝"。这种协同设计使水凝胶不仅能持续供氧(63.9–73.4 μM)，还能保留30.7–45.3 μM溶解氧，更通过清除ROS创造了利于组织再生的微环境。

关键技术方法
研究采用核磁共振(¹
H/¹⁹
F NMR)和FTIR验证材料合成，通过SEM观察颗粒形貌，UV/Vis和DLS测定粒径分布。采用茜素红染色评估CPO在PCL颗粒中的分散性，TNBSA法量化HA修饰效率。通过流变学测试表征水凝胶力学性能，并使用荧光探针检测细胞内ROS和氧水平。

研究结果

1. 材料表征：CPO在PCL颗粒中的封装效率达70.3±1.8 wt.%，氟化处理使颗粒表面接触角从65°增至105°，证实疏水性提升。
2. 氧控释性能：PFC-conjugated颗粒展现最佳氧滞留效果，24小时后仍保留初始氧量的45.3 μM，较未氟化颗粒提高3.2倍。
3. 生物相容性：含CAT水凝胶使成纤维细胞存活率提升至92%，细胞内氧浓度达到常氧组的85%，同时ROS水平降低67%。

结论与意义
该研究开创性地将氟化材料的高氧亲和性与酶催化解毒功能整合于单一水凝胶体系，首次实现氧气"生成-滞留-转化"的闭环调控。相比传统氧载体，其载氧量提升2个数量级(达10⁴
mmol级)，且无需外部氧源预饱和。更重要的是，通过CAT对H₂
O₂
的实时清除，解决了固体过氧化物的毒性瓶颈。这种"一石三鸟"的设计策略不仅为慢性伤口治疗提供新工具，其氧控释理念对心肌梗死、缺血性中风等缺氧相关疾病均有重要借鉴价值。论文发表于《Applied Materials Today》，第一作者Pejman Ghaffari-Bohlouli通过巧妙的材料组合，展示了跨学科研究在解决生物医学难题中的强大潜力。