益生菌负载生物材料在伤口愈合与组织再生中的应用：一种独特的医疗工具

《International Journal of Pharmaceutics》：Probiotic-loaded biomaterial for wound healing and tissue regeneration: a unique medical tool

　　

摘要

较深的皮肤伤口会导致感染，延长愈合过程，从而导致进一步的并发症。尽管治疗方案主要包含抗生素的使用，但主要挑战在于其耐药性和较差的药代动力学特性。选择性菌株特异性益生菌灌注水凝胶系统是应对这些问题的一种新的伤口管理方法。高度敏感的益生菌菌株需要适当的定殖条件和对外部环境的保护。在这项研究中，人们尝试了一种经济可行且简单的方法，将益生菌纳入聚合物复合材料中。让鹰嘴豆胶和 Odina 树胶形成聚合物混合物，并使用氯化钙（CaCl₂）作为交联剂，将益生菌鼠李糖乳杆菌 MTCC 5897 纳入其中。评估了结合益生菌的复合薄膜的微观结构、溶胀能力、益生菌稳定性以及益生菌活力。此外，还研究了薄膜的抗氧化、细胞相容性和抗菌性能。此外，大鼠体内的伤口模型表明愈合率令人满意，并伴有胶原蛋白沉积。因此，结果表明该薄膜具有初步研究结果，可能作为一种伤口愈合工具，进一步需要多项临床试验才能被商业接受，同时也为未来针对提供伤口愈合效力的活细菌水凝胶薄膜的高级生物材料研究铺平了道路。

引言

皮肤是人体最大的器官，起到阻挡任何外部病原体渗透的屏障作用（Zhu 等，2023）。一旦由于受伤导致此屏障受损，保护作用就会受损。身体持续暴露于致病微生物中，导致感染，从而延迟并复杂化愈合过程。微生物对伤口的侵袭给医疗系统造成了巨大负担，而最常见的治疗方法仍然是给予抗生素（Uberoi 等，2024）。不幸的是，抗生素的使用不断增加导致了耐药性，同时也引发了全身性毒性，使伤口愈合成为一个主要问题（Ehsan, 2025）。因此，现代研究侧重于开发能够加速愈合过程和组织再生，并消除常用抗生素使用的活性敷料。在这方面，聚合物薄膜因其优异的生物相容性以及模拟皮肤表面的物理化学特性，在伤口管理领域引起了关注（Mohanta 等，2025a）。

最近的研究发现，某些菌株特异性益生菌是一种有前景的替代品，因为它们是有益微生物，并且局部应用时没有不良反应（Zhang 等，2025）。但这些安全特征主要与特定菌株相关，而非普遍意义上的益生菌。这些益生菌可以以积极的方式影响愈合过程，本研究就研究了其中一种益生菌鼠李糖乳杆菌 MTCC 5897。多种益生菌细胞可以通过产生细菌素、有机酸、酶等来抑制病原体在受伤皮肤上的增殖、粘附和生物膜形成（Sun 等，2023b）。益生菌还倾向于平衡皮肤微生物组，并与伤口床中的致病微生物竞争食物和营养（Mei 等，2022）。属于乳杆菌属的益生菌物种也显示出通过减少促炎因子的产生并分泌抗炎细胞因子来调节炎症反应的有效性（Han 等，2024）。研究还证实了多种乳杆菌物种通过增加角质细胞产生在伤口再上皮化方面的效力（Harasani 等，2025）。尽管益生菌在治疗伤口方面的活性可以作为抗生素的替代品，但主要问题仍然是其对环境应激（温度、酶、湿度等）的敏感性。这时聚合物薄膜的作用就来了，它们可以通过将细胞纳入其空隙中作为良好的益生菌载体，从而提供针对外部危害的屏障并增加其活力。

Odina 树胶是从Odina wodier树的树皮中提取的一种天然多糖，此前在治疗伤口方面已显示出可喜的结果（Das 等，2021a）。这种多糖具有抗氧化性能，还作为一种益生元，增强益生菌的活力和生长（Mitra 等，2016）。另一方面，鹰嘴豆胶是一种研究广泛的具有良好凝胶特性的聚合物（Hazra 等，2022），可以与 Odina 树胶反应，当与氯化钙交联时形成成膜溶液。这两种聚合物都具有细胞相容性，但文献报道它们对金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌等病原体没有这种抗菌效力。因此，形成的薄膜可以通过将活细胞嵌入聚合物基质中作为优秀的益生菌递送系统。物理交联过程简单，不需要任何苛刻的实验条件，使其成为一种环保方案，消除了引发剂和化学交联剂的潜在风险和毒性（Xu 等，2018）。此外，在配方中添加甘油使薄膜更具柔韧性，便于应用于受伤表面（Tudu 等，2025）。

在这项研究计划中，使用 Odina 树胶和鹰嘴豆胶开发了一种基于聚合物的薄膜，其中掺入了活的有益细菌细胞，即鼠李糖乳杆菌 MTCC 5897。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、益生菌活力、溶胀和亲水性能对薄膜进行了表征。优化后的薄膜表现出良好的抗菌和抗氧化效力，以及令人满意的生物相容性。体内的动物模型也支持了体外研究结果，描绘了加速伤口闭合和快速胶原蛋白沉积的过程，使这项研究成为开发基于益生菌的生物材料在伤口愈合和组织再生领域的一个初步尝试，侧重于体外和体内检查。

章节片段

材料

鹰嘴豆胶（LBG）、无水氯化钙、磷酸盐缓冲液、氯化钠、营养肉汤、甘露醇盐琼脂、MRS 购自印度 Himedia 公司，并按供货方式使用。乙醇、DPPH（2,2-二苯基 -1- picryl 肼）、氢氧化钠片剂、甘油和磷酸氢二钠购自孟买 Merck Specialties Private Limited 公司。胎牛血清（FBS）、3-(4,5-二甲基噻唑 -2- 基） -2,5- 二苯基 -2H 四唑溴化物（MTT）、杜尔贝科改良伊格尔氏

厚度和光学性能

对于理想的伤口敷料材料，厚度必须低于人类皮肤范围。图 2a 描绘了所有制备薄膜的厚度，显然低于人类皮肤范围（0.5–2.00 毫米，取决于性别、年龄或任何健康状况等因素），使这些薄膜有助于在皮肤表面使用而不引起不适。

制备的薄膜样品的光学性能，包括透光率和透明度，是一个重要的参数

结论

总之，我们可以说当前的研究工作是一次成功的原始尝试，制备了一种具有多孔结构和有效溶胀的益生菌负载薄膜，为鼠李糖乳杆菌 MTCC 5897 的存活创造了有利环境。薄膜中的益生菌与聚合物组合赋予了薄膜令人满意的抗菌性能和抗氧化效力。此外，研究发现负载鼠李糖乳杆菌 MTCC 5897 的薄膜具有

资金来源

Sohini Chatterjee 感谢 DST-INSPIRE（申请参考号：DST/INSPIRE/03/2022/001294），提供了来自（印度政府）的必要财务支持以继续研究工作。Amalesh Samanta 教授（项目负责人）也感谢印度医学研究理事会（ICMR），印度新德里（参考号.5/4-5/3/5/Trauma/2022/NCD-I, 提案 ID: 2021-10149）。

CRediT 作者贡献声明

Sohini Chatterjee：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，可视化，验证，方法论，资金获取，形式分析。Abhishek Mohanta：写作 – 审阅与编辑，可视化，验证，软件。Rajnandini Samanta：写作 – 审阅与编辑，可视化，验证，形式分析。Srinjoy Paul：写作 – 审阅与编辑，可视化，验证，形式分析。Akash De：可视化，验证，形式分析。Arnab Sarkar：写作 – 审阅与

未引用参考文献

Pirouzzadeh 等（2025）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能被认为会影响本文报告的工作。

致谢

作者感谢加尔各答贾达夫普尔大学制药技术系提供所有必要的研究设施。作者还向贾达夫普尔大学物理系 Kalyan Kumar Chattopadhyay 教授表示感激之情，感谢其进行接触角研究。作者还感谢美国国立卫生研究院（NIH）BioArt 源（https://bioart.niaid.nih.gov）提供了图 1 和图形摘要中使用的一些艺术作品。

Sohini Chatterjee|Abhishek Mohanta|Rajnandini Samanta|Srinjoy Paul|Akash De|Arnab Sarkar|Mousumi Tudu|Pranab Naskar|Sanmoy Karmakar|Amalesh Samanta