可注射抗氧化结冷胶–弹性蛋白水凝胶：UV介导交联与结构恢复用于先进伤口管理与愈合

《Materials Today Chemistry》：Injectable antioxidant gellan gum–elastin hydrogels with UV-mediated crosslinking and structural recovery for advanced wound management and healing

　　

研究人员通过紫外（UV）照射原位交联制备了可注射的抗氧化结冷胶（gellan gum, GG）–弹性蛋白水凝胶。UV照射增强了水凝胶的修复能力。抗氧化性能证实其具有有效的自由基清除活性。该水凝胶有望作为细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）的载体，用于先进的伤口管理与愈合。

皮肤是人体最大的器官，构成抵御外界环境的主要屏障并维持内环境稳定。皮肤损伤常见且可能发展为难以愈合的慢性溃疡，愈合过程依赖分子和细胞事件的协调；但在糖尿病等病理状态下，这种平衡被破坏，导致持续炎症和再生不良。伤口进展过程中，微环境变化使活性氧（reactive oxygen species, ROS）生成增加，进而损伤细胞并延缓修复，因此调控氧化应激成为促进有效愈合的重要策略。传统敷料如纱布和绷带虽能吸收渗出液，但存在伤口粘附、环境控制差、感染风险以及更换时疼痛等局限。水凝胶凭借其亲水性被广泛研究，能够提供湿润愈合环境、吸收多余渗出液、模拟细胞外基质（extracellular matrix, ECM）并递送生物活性物质。然而传统水凝胶在伤口等动态环境中对刺激的适应性与响应性有限；可注射水凝胶可适应不规则创面、改善粘附和疗效，并可能具备自愈合能力，但多数体系依赖可逆相互作用，存在动力学缓慢或过程控制不足的问题。利用UV光等外部刺激可同时实现从液体到原位交联网络的受控快速转变以及损伤后网络重建，从而使材料具备先进的自愈合能力。弹性蛋白是ECM的重要组分，可为皮肤提供弹性，但与多糖整合构建杂化网络，可能同时赋予力学支撑和抗氧化等功能。结冷胶（gellan gum, GG）是一种生物相容性良好的阴离子线性多糖，适合化学修饰。然而，能够同时整合抗氧化活性、多糖/蛋白质杂化结构和UV诱导结构恢复能力于一体的材料仍鲜有报道。因此，研究人员开发了以α-硫辛酸（α-lipoic acid, LA）功能化GG（GG-EDA-LA）和甲基丙烯酰化弹性蛋白（methacrylated elastin, ELMA）为基础的可注射多功能水凝胶，旨在满足先进伤口管理对多效性敷料的需求。

研究人员首先在碱性条件下降解高分子量GG，获得分子量59（±4.3）KDa的低分子量衍生物，经四丁基铵（tetrabutylammonium, TBA）盐化、乙二胺（ethylenediamine, EDA）功能化（取代度DD_EDA为28±4 mol%）后，与LA进行酰胺偶联得到GG-EDA-LA，并通过核磁共振氢谱（1H NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）确认其结构。随后将GG-EDA-LA与ELMA按不同质量比（100/0、80/20、50/50）分别配制成总浓度2%和4% w/v的六种水凝胶体系，以LAP为光引发剂，经365 nm UV照射2 min完成原位交联。材料表征采用流变学方法（振荡幅度、UV光固化时间扫描、频率扫描、温度斜坡、流动扫描及恢复时间分析）、扫描电子显微镜（SEM）、压缩力学测试、溶胀和水解降解实验以及ABTS和DPPH比色法。生物学测试在脂肪间充质干细胞（ASCs，取自接受选择性腹部整形的健康患者脂肪抽吸物）和人新生儿正常真皮成纤维细胞（HNDFs，购自ATCC）上进行细胞活性和增殖评估、HNDFs粘附形态观察、溶血试验；在胎儿真皮间充质基质细胞（FD-MSCs）上通过DCFH-DA探针评估细胞内ROS水平；划痕实验用于评价细胞迁移。细胞外囊泡（EVs）来源于30名健康产妇剖宫产羊膜分离的人羊膜间充质干细胞（h-A-MSCs），经切向流过滤分离并以动态光散射和Western blot表征后负载于水凝胶。

2.1 GG-EDA-LA的合成与表征：1H NMR证实LA成功接枝，DD_LA约15%；FT-IR显示酰胺键C=O及脂肪族C–H特征峰，确证LA连接到GG-EDA。ABTS和DPPH清除实验表明GG-EDA-LA的自由基清除能力随浓度（0.125–2 mg/mL）增加而增强。

2.2 水凝胶的制备与表征：SEM观察到所有冻干水凝胶均呈多孔三维网络结构。流变学显示，预交联溶液为弱结构粘弹性液体，加入ELMA后由粘性主导转变为弹性主导。UV光固化时间扫描表明，UV激活约13 s后储能模量和损耗模量显著升高并保持稳定，对应快速原位网络形成。频率扫描、温度斜坡和流动扫描分别确认了网络的粘弹性稳定性、5–50 °C内模量稳定以及剪切变稀行为，说明体系可注射性。更重要的是，在反复高应变破坏后引入UV照射可显著提高各配方G′的恢复百分比，宏观实验中水凝胶片段经再次UV照射后重新连接为连续整体，显示UV光增强的结构恢复能力。压缩测试显示GEL4%具有较高变形能力，GEL/E204%因共价交联增多而刚度增加，GEL/E504%则更柔软且可压缩性更高。溶胀和降解实验表明，ELMA比例升高使溶胀率和降解程度增大，这与蛋白质引入后形成异质性网络一致。ABTS和DPPH测定显示所有水凝胶均具有自由基清除活性（ABTS约50%–70%，DPPH约20%–55%），含ELMA体系活性略高。

2.3 生物测试：ASCs和HNDFs与水凝胶接触后，细胞活性和增殖与对照组无显著差异，细胞相容性良好。HNDFs在GEL/E504%中不仅可向三维结构内扩散，还能恢复典型梭形形态。划痕实验中，水凝胶处理在生理条件下延迟了细胞单层迁移，但未伴随细胞毒性或增殖抑制，提示这是由物理或力学生物学信号介导的早期迁移调控。溶血率均低于5%，满足血液相容要求。FD-MSCs的DCFH-DA检测显示，水凝胶处理可明显降低H2O2预处理细胞的ROS荧光强度，证明其有效缓解氧化应激。

2.4 负载EVs水凝胶的生物测试：GEL/E504%负载h-A-MSCs来源EVs后，HNDFs活力保持100%以上。在H2O2诱导氧化应激的划痕模型中，24 h时EVs-loaded GEL/E504%组的伤口覆盖面积达92.4%，显著高于仅水凝胶组的87.2%（约1.68倍，p<0.01），表明EVs负载可进一步增强氧化应激下的促迁移和促愈合能力。

综合讨论部分：GG-EDA-LA/ELMA水凝胶网络由动态二硫键和稳定共价C–S、C–C键共同构成，这种可逆与永久交联的共存赋予材料结构稳定性以及UV辅助损伤后重构能力。UV照射不仅驱动快速凝胶化，还能多次增强受损后的模量恢复，这在同类生物材料中属首次报道。抗氧化活性来源于LA的氧化还原二硫戊环以及ELMA中可参与电子转移的氨基酸残基。此外，EVs的加入在氧化应激条件下明显促进伤口闭合，说明该水凝胶可作为多功能递送载体。总体而言，研究表明该类水凝胶将氧化应激调控、可注射性、UV固化自愈合和载体功能集于一体，为动态伤口敷料提供概念验证，未来需要进一步评估其长期生物安全性并优化UV照射条件以推进临床转化。

结论部分可翻译为：基于GG-EDA-LA和ELMA的多功能水凝胶通过UV照射原位交联制备，具有自由基清除和UV光增强自愈合特性。样品呈现多孔交联结构、高流体吸收能力以及长达28天的良好耐水解性。流变学研究表明，UV照射在约13 s内引起弹性模量和粘性模量增加，证明UV诱导三维网络形成；水凝胶表现出粘弹性行为、随角频率增加保持优异结构强度，以及高达50 °C的稳定模量。流变分析还证实了可注射性、剪切变稀和自愈合能力，并首次证明UV光对该类生物材料愈合能力的增强作用。ABTS和DPPH比色法验证了材料的抗氧化能力，并在FD-MSCs上获得体外确认。这些水凝胶能够维持促愈合微环境，细胞相容性和粘附研究支持其作为伤口敷料的较大潜力。最后，装载h-A-MSCs来源EVs后，在氧化应激条件下观察到细胞迁移增强，证明水凝胶作为载体的多能性。总体而言，这些结果为UV交联且可结构恢复的水凝胶用作动态伤口敷料提供了概念验证，未来研究可进一步验证其长期生物安全性并优化照射条件，向临床应用迈进。