基于尿苷-银离子-姜黄素三功能水凝胶的烧伤创面感染防护、免疫调节与上皮再生协同治疗策略

《Materials Today Bio》：Infection protection, immune regulation and epithelial regeneration trifunctional hydrogel for treatment of burn wounds

严重烧伤创面存在上皮屏障破坏、持续炎症和易感染三大临床难题，制约愈合进程。本研究创新性地构建了Ag-IMP-U@Cur智能水凝胶，通过尿苷（U）与苯硼酸动态硼酸酯键实现酸性微环境响应性释药，协同银离子（Ag+）抗菌和ZIF-8负载姜黄素（Cur）的抗炎作用，在体外和体内实验中显著抑制感染、减轻炎症并加速上皮化，为烧伤治疗提供了一种多功能集成式解决方案。

　　

烧伤是全球范围内常见的创伤类型，严重烧伤会导致皮肤屏障严重破坏，伴随持续炎症反应和极高感染风险，显著延缓上皮再生进程，成为临床治疗的棘手难题。传统敷料往往功能单一，难以同时应对感染控制、炎症调控和组织再生等多重需求。因此，开发一种能够集成抗菌、抗炎和促上皮化多重功能于一体的智能材料，成为烧伤修复领域的重要研究方向。

在此背景下，西南交通大学医学院生物医学工程研究所团队在《Materials Today Bio》上发表研究，设计了一种新型Ag-IMP-U@Cur智能水凝胶。该水凝胶以尿苷（uridine, U）为功能性骨架成分，通过与苯硼酸（PBA）形成可逆硼酸酯键，赋予材料pH响应特性；同时整合银离子-肌苷单磷酸（Ag-IMP）络合结构作为支架，并引入ZIF-8封装姜黄素（curcumin, Cur）以增强其稳定性和控释能力。该系统在酸性微环境下可触发尿苷和姜黄素的协同释放，从而在感染控制、免疫调节和上皮再生三个方面发挥协同作用。

研究团队采用多项关键技术开展系统验证：通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）和核磁共振氢谱（¹H NMR）对水凝胶结构进行表征；利用流变学测试评估其自愈合和可注射性能；通过体外药物释放实验验证pH响应释放行为；采用菌落计数、扫描电镜观察和激光共聚焦显微镜（CLSM）评价抗菌及抗生物膜效果；使用细胞增殖（CCK-8）、细胞迁移（划痕实验）和荧光定量PCR（qRT-PCR）分析生物相容性与基因表达调控；并基于SD大鼠全层烧伤模型进行体内疗效评估，结合组织切片染色（H&E、Masson）、免疫组化（CD86、CD206、CD31、K10）揭示其促进再上皮化、胶原沉积和血管新生的机制。

3.1. 水凝胶的结构表征

扫描电镜显示Ag-IMP-U@Cur具有多孔支架结构，ZIF-8@Cur纳米颗粒均匀分布其中。FT-IR和¹H NMR证实硼酸酯键和金属配位键的成功形成。流变学测试表明水凝胶具备良好的自愈合能力和可注射性，频率扫描中储能模量（G′）始终高于损耗模量（G″），说明其具有稳定的凝胶网络结构。

3.2. 化学结构、释放行为与可注射性

水凝胶通过Ag⁺-IMP配位、硼酸酯键和氢键等多重作用交联，形成动态网络。圆二色光谱显示芳香基团π-π堆积有序排列。在pH 5.5的酸性环境中，尿苷和姜黄素累积释放率最高，体现其酸性微环境响应释药特性。

3.3. 姜黄素负载纳米颗粒的表征

ZIF-8@Cur呈菱形十二面体结构，平均粒径约222 nm，FT-IR、XPS和XRD结果证实姜黄素成功封装且ZIF-8晶体结构未受影响。UV-Vis光谱中吸收峰红移至430 nm，表明姜黄素与Zn²⁺之间存在相互作用。

3.4. 水凝胶的抗菌性能

对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的抗菌实验显示，Ag-IMP-U@Cur组抑菌率最高（95%–98%），扫描电镜见细菌膜结构严重破损。CLSM显示该水凝胶能有效破坏生物膜结构，减少菌体存活。

3.5. 生物相容性、细胞增殖与迁移

Live/Dead染色和CCK-8实验证实水凝胶无细胞毒性，并可促进L929细胞增殖。划痕实验表明Ag-IMP-U@Cur提取物显著加速细胞迁移，提示其具有良好的组织修复潜力。

3.6. 水凝胶调控巨噬细胞极化与上皮细胞基因表达

免疫荧光显示Ag-IMP-U@Cur促进巨噬细胞向M2型极化（CD206↑，CD86↓）。qRT-PCR结果显示上皮化标志物K10、involucrin表达上调，炎症因子TNF-α、iNOS下调，IL-10上调，说明水凝胶具有抗炎和促上皮化双重作用。

3.7. 体内评价

在大鼠全层烧伤模型中，Ag-IMP-U@Cur组创面愈合速度最快，上皮舌长度和新生表皮厚度显著增加。Masson染色显示胶原沉积更有序，免疫组化提示CD31（血管标记）和K10（上皮分化标记）表达增强，CD86（M1）下降、CD206（M2）上升，说明水凝胶通过调控免疫微环境促进血管新生和上皮再生。

本研究通过理性设计将尿苷的再生促进特性、银离子的抗菌能力与姜黄素的抗炎作用集成于单一水凝胶系统，实现了对烧伤微环境的智能响应与多靶点调控。该材料不仅具有良好的生物相容性和可注射性，还能在创面酸性条件下精准释放活性成分，显著加速再上皮化、抑制感染并缓解炎症，为严重烧伤及慢性难愈合创面的治疗提供了新策略。这一成果展示了核苷类代谢物在功能性生物材料构建中的潜力，也为多模式协同治疗材料的设计提供了新思路。