一种经丁香油-酪蛋白酸盐纳米颗粒增强的多功能可注射、粘附及自愈合羧甲基纤维素/海藻酸盐水凝胶用于糖尿病创面愈合

《International Journal of Pharmaceutics》：A multifunctional injectable, adhesive and self-healing carboxymethyl cellulose/alginate hydrogel reinforced with clove oil-caseinate nanoparticles for diabetic wound healing

　　

摘要：糖尿病创面愈合经常因持续存在炎症的创面微环境伴随血管生成受损而受到阻碍。因此，开发先进的敷料以恢复有利的创面微环境对于加速愈合过程至关重要。本研究开发了一种以丁香油负载酪蛋白酸钠纳米颗粒（CO-CAS NPs）强化的羧甲基纤维素/海藻酸钠（CMC/ALG）水凝胶，作为具有多功能特性的糖尿病创面修复敷料。丁香油通过水蒸气蒸馏法提取，并通过GC-MS进行表征，结果显示丁香酚和β-石竹烯为主要成分。所制备的CO-CAS NPs的包封率为82%，表面电荷为?40.47 mV，水动力粒径为330.4 nm。CO-CAS NPs/CMC/ALG水凝胶表现出优异的溶胀能力、降解减缓、持续释放以及良好的力学性能，包括可注射性、可拉伸性、可塑性以及自主自修复行为。体内研究表明，CO-CAS NPs/CMC/ALG水凝胶显著加速了创面收缩，创面在第18天实现完全闭合，而空白水凝胶组仅为91%。组织病理学分析表明，CO-CAS NPs/CMC/ALG水凝胶处理促进了再上皮化、成纤维细胞增殖和胶原纤维有序排列。这些发现得到了IL-6和氧化应激标志物显著抑制以及TGF-β和VEGF显著上调的支持，反映了组织重塑和血管生成的改善。体内生物相容性评估证实了优良的皮肤安全性，无刺激或组织病理学改变。这些发现共同表明，CO-CAS NPs/CMC/ALG水凝胶是一种有效的、生物相容的、多功能的糖尿病皮肤创面敷料。

引言：糖尿病皮肤创面代表糖尿病最棘手的并发症之一，因为创面微环境持续被破坏，导致血管生成不足、持续缺氧、炎症延长和氧化应激升高。这些病理改变阻碍了组织修复，导致创面闭合延迟（Fan等，2026）。高血糖通过削弱免疫细胞功能、降低生长因子活性以及破坏关键修复过程（如角质形成细胞迁移和成纤维细胞增殖）进一步加剧了这些损害。因此，糖尿病创面陷入持续的炎症状态，无法进入愈合的增殖期。这些综合病理因素显著阻碍了组织再生，并增加了感染和严重并发症的风险，包括溃疡形成和肢体截肢。因此，糖尿病创面的有效管理需要能够同时应对多种病理过程的多功能治疗策略，包括过度炎症、微生物负荷、氧化应激、受损的细胞外基质重塑以及组织再生缺陷（Han等，2025）。

用于创面管理的生物材料取得了显著进展，越来越注重开发既能保护创面又能提供局部治疗效果的先进敷料（Cong等，2025）。合成聚合物已被广泛研究，因为其物理化学和力学性能可以针对特定的生物医学应用进行调整。然而，其制备可能涉及多步化学合成、长时间加工以及使用合成交联剂，在生物医学应用前需要大量纯化。此外，与自然聚合物相比，许多合成基质在生物学上是惰性的，可能提供有限的内在治疗功能（Ansari和Darvishi，2024）。这些局限性可能增加制造复杂性，并可能带来经济大规模生产的挑战。此外，许多现代商业方法结合了昂贵的重组生长因子，如重组人血小板衍生生长因子。虽然这些疗法可以促进组织修复，但其蛋白质性质引入了与制造成本、分子稳定性、储存要求和可及性相关的挑战（Nurkesh等，2020）。这些局限性促进了更简单、天然衍生生物材料系统的发展，这些系统能够结合生物相容性、可负担性、可加工性和治疗功能。

在天然衍生生物材料中，羧甲基纤维素（CMC）和海藻酸钠（ALG）作为水凝胶形成多糖引起了广泛关注，因为它们来源丰富、商业可得、可生物降解且具有优良的生物相容性（Mahheidari等，2025）。它们的亲水性聚合物网络可以保留大量水分，创建类似于细胞外基质的水合三维环境，从而支持细胞迁移和组织修复。此外，它们的溶胀性能能够吸收创面渗出液，同时维持湿润的创面环境，这可以促进自溶性清创以及与组织再生相关的细胞活动（Duarte等，2024；Sahoo等，2026）。此外，CMC/ALG基质中丰富的羟基和羧基提供了整合治疗药物的多种位点，使CMC/ALG水凝胶成为创面愈合应用中吸引人的多功能平台（Mahheidari等，2025）。然而，传统的CMC/ALG水凝胶在慢性糖尿病创面遇到的高度水合、蛋白水解活性条件下，通常表现出机械完整性不足和结构快速溶解的问题。此外，未交联的多糖基质缺乏自修复和组织黏附所需的结构稳定性，以及同时调节炎症、氧化应激和感染所需的内在生物活性。因此，通过多网络交联将这些生物聚合物转化为先进的纳米复合材料系统对于提供慢性创面管理所需的结构强化和多方面生物活性至关重要（Wang等，2022；Rezanejad Gatabi等，2026）。

在众多糖尿病创面管理的药物治疗方法中，植物衍生活性化合物因其多样的药理活性而受到越来越多的关注。植物化学物质可以靶向导致糖尿病创面愈合延迟的多种病理过程，包括过度氧化应激、持续炎症和血管生成受损。通过调节这些过程，它们可以促进必要的修复事件，如成纤维细胞增殖、胶原合成、新生血管形成和细胞外基质重塑（Yadav等，2025）。丁香油（CO），从丁香中提取，已成为一种有前景的生物活性剂。其生物活性主要归因于丁香酚，丁香酚显示出强效的抗氧化、抗炎、抗菌和镇痛作用（Elshopakey等，2025）。这些作用共同有助于建立最佳的创面愈合环境，增强组织再生、胶原形成和新血管发育（Hashim和Ibrahim，2026）。尽管具有这些治疗优势，但精油的不稳定性、低水溶性和高挥发性通常限制了其临床应用（Ahmed等，2026）。将精油封装在生物相容性纳米颗粒中提供了一种有效解决这些局限性的手段，通过保护生物活性成分免受降解、改善其物理化学性质并促进其在创面环境中的持续释放（Wathoni等，2026）。

在可用的载体材料中，酪蛋白酸钠（CAS）因其优异的生物相容性、生物可降解性、乳化能力、两亲性和对疏水性化合物的高亲和力，成为纳米颗粒制备中一种有吸引力的天然蛋白质（Awlqadr等，2026）。酪蛋白酸钠纳米颗粒（CAS NPs）可以有效地封装植物成分，改善其水分散性，并提供控制释放，从而增强其治疗效果。Patil等（2026）证明了丙烯异硫氰酸酯通过CAS NPs有效递送，后者提供了有效的包封、稳定性和持续释放特性，从而提高了其治疗性能。类似地，开发了一种负载胡椒碱的CAS纳米球蛋白，表现出高包封效率（90-95%）、优异的胶体稳定性和增强的溶解度，从而显著提高了胡椒碱的生物可及性和生物利用度（Mudhol和Serva Peddha，2025）。

基于这些考虑，本研究旨在开发一种多功能纳米复合水凝胶，由负载于CMC/ALG基质中的CO负载的CAS NPs组成。虽然先前的研究表明CMC/ALG水凝胶在控制治疗递送和创面修复方面的潜力（Hosseini等，2024；Mahheidari等，2025；Türe，2025），但这些系统主要纳入了传统的治疗药物，包括辛伐他汀、制霉菌素、四环素和肉毒毒素A型，并未具体评估其在糖尿病创面愈合中的应用。相比之下，本系统通过在整个CMC/ALG基质中整合CO负载的CAS NPs，扩展了这一成熟平台，从而将多糖网络的结构和敷料优势与纳米颗粒介导的天然生物活性精油递送相结合。将CO封装在CAS NPs中旨在提高其物理化学稳定性，保护其挥发性生物活性成分，并提供持续释放，而将其纳入CMC/ALG水凝胶中旨在增强创面保留并改善水凝胶基质的功能和结构性能。所得纳米复合水凝胶表现出创面管理的理想特性，包括自修复、可拉伸性、可注射性和组织黏附性。本研究首次报道将CO封装在CAS NPs中，将这些纳米颗粒纳入CMC/ALG纳米复合水凝胶中，并评估该混合递送平台用于糖尿病创面愈合。所开发的系统对其物理化学特性、体外药物释放曲线、血液相容性和生物相容性进行了全面评估。此外，通过监测宏观创面闭合、组织病理学检查和氧化应激、炎症和血管生成生物标志物的分子分析来评估创面愈合效果。

章节片段——材料：酪蛋白酸钠、复硝酚钠水合物、盐酸氯胺酮和盐酸戊乙奎醚购自美国Sigma-Aldrich公司。丁香花蕾购自埃及Al-Doha公司。羧甲基纤维素、海藻酸钠和柠檬酸购自印度Alpha Chemika公司。

CO的提取：采用水蒸气蒸馏法从干丁香花蕾中提取CO（Alsakhawy等，2024）。将丁香花蕾粉末（100 g）与1 L蒸馏水混合，使用Clevenger型装置进行提取。

CO的化学组成：GC-MS分析显示，植物化学成分谱主要由酚类和倍半萜成分组成（图1）。如表1所示，丁香酚被确定为主要化合物，占总油组成的61.5%，其次是作为主要倍半萜成分的β-石竹烯（31.8%）。还检测到少量成分，包括α-葎草烯（2.5%）和丁香酚乙酸酯（1.6%），比例较小。色谱峰解析良好，且

结论：本研究成功开发了一种CO-CAS NPs/CMC/ALG纳米复合水凝胶，作为针对糖尿病创面愈合多方面挑战的整合局部治疗平台。通过将富含丁香酚的CO封装在CAS NPs中并将这些纳米载体纳入CMC/ALG水凝胶基质中，所开发的系统表现出持续释放行为、高溶胀能力、可控降解、可注射性、可拉伸性、可塑性和自修复能力。

CRediT作者贡献声明：Mai Hazem：撰写——初稿、可视化、方法论、调查研究、形式分析。Sabah G. El-Banna：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源、方法论、概念构思。Aly B. Okab：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源、方法论、概念构思。Sara A. Alsakhawy：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、资源、方法论、概念构思。

资金：作者未从任何组织获得提交工作的支持。

未引用参考文献：Goldberg和Spooner，1983；Qu等，2018。

利益冲突声明：作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

Mai Hazem | Sabah G. El-Banna | Aly B. Okab | Sara A. Alsakhawy