甘草酸-Cu2+增强的硫酸软骨素/羧甲基壳聚糖可注射双网络水凝胶，具有多生物活性和增强的机械强度，用于烧伤创面愈合

《International Journal of Biological Macromolecules》：Glycyrrhizic acid-Cu2+ reinforced chondroitin sulfate/carboxymethyl chitosan injectable dual-network hydrogel with multi-bioactivity and enhanced mechanical strength for burn wound healing

　　

摘要

烧伤创面的有效修复是临床面临的一大挑战。由于现有敷料种类有限，快速实现创面愈合仍十分困难。可注射水凝胶在处理不规则创面方面相较于传统水凝胶具有显著优势，因此受到了广泛关注。然而，可注射水凝胶面临机械强度不足和粘附性差的挑战。为解决上述问题，本研究设计了一种以左旋多巴修饰的氧化硫酸软骨素（L-Dopa-OCS）和羧甲基壳聚糖（CMC）为基质，结合甘草酸（GA）和Cu²⁺自组装构建的双网络水凝胶（DOCGC）。该策略不仅优化了水凝胶的力学性能，还实现了对烧伤创面的抗炎、促血管生成和抗感染的协同作用。体外实验证实，左旋多巴的引入增强了水凝胶的组织粘附能力。同时，在GA和Cu²⁺的支持下，DOCGC水凝胶表现出增强的机械强度。重要的是，DOCGC水凝胶展现出良好的生物相容性和抗菌活性。在小鼠深二度烧伤模型中，应用DOCGC水凝胶实现了创面愈合的更快速进展。总体而言，我们的结果表明，具有多重生物活性和优异凝胶性能的DOCGC水凝胶为治疗烧伤创面提供了一种有前景的解决方案。

引言

烧伤是皮肤最具破坏性的损伤类型之一[1]，[2]。世界卫生组织报告称，每年约有18.27%的烧伤患者在治疗期间死亡[3]。烧伤创面的自然愈合需要经历四个经典阶段：止血期、炎症期、增殖期和重塑期[4]。在不同阶段，多种病理因素严重阻碍烧伤创面愈合，包括过度炎症反应[5]、新生血管不足[6]以及不利微环境中大量细菌入侵[7]。然而，大量实践表明，包括抗炎药、抗生素和生长因子在内的常规策略通常仅局限于单一治疗，疗效有限[8]。因此，开发多生物活性创面敷料已成为烧伤创面治疗的关键研究方向。

水凝胶凭借其多孔结构、优异的通透性、卓越的生物相容性和保湿特性，被认为是创面敷料的理想候选材料[9]，[10]。生物医用水凝胶主要由合成或天然聚合物构建。天然聚合物表现出更好的生物相容性，但面临机械强度差的难题[11]。在处理复杂创面时，水凝胶的凝胶性能至关重要。广泛研究的可注射水凝胶因其优异的流动性和形态适应性，适合治疗不规则创面[12]，[13]。然而，可注射水凝胶仍存在显著的实际局限性，包括粘附性差和机械强度不足，使其无法密封创面并抵抗局部应力[14]，[15]。对于现有的水凝胶敷料，在保持优异可注射性和粘附性的同时展现出增强的机械强度仍然十分困难。

羧甲基壳聚糖（CMC）具有抗菌活性和高水溶性，是用于创面愈合的有前景的材料候选[16]。硫酸软骨素（CS）是一种由交替连接的N-乙酰半乳糖胺和葡萄糖醛酸组成的线性多糖。作为FDA批准的用于烧伤创面治疗的局部用药，CS在创面修复过程中对加速细胞增殖和胶原蛋白生成具有重要作用[17]。CS分子中相邻的羟基易被氧化为醛基，随后与含氨基的CMC发生席夫碱反应，从而构建可注射且自愈合的水凝胶[18]。受海洋贻贝持久湿粘附特性的启发，儿茶酚类化合物（如多巴胺、左旋多巴）已成为研究热点[19]。将儿茶酚引入水凝胶材料中可以增强水凝胶的湿粘附能力[20]。在CS分子中，其侧链上的羧基官能团使得儿茶酚化合物的偶联成为可能。

为解决可注射水凝胶机械强度差的问题，研究者采用双网络机制设计水凝胶。甘草酸（GA）是一种源自甘草根的三萜皂苷类天然化合物，以其强效抗炎特性而闻名。结构上，GA是一种两亲性分子，能够自组装形成水凝胶[21]。铜离子（Cu²⁺）以其促血管生成和抗菌功能而著称，对创面修复过程有重要贡献[22]。研究已证明，Cu²⁺能够与GA形成稳定的复合物，促进GA自组装形成水凝胶网络[23]。因此，由GA和Cu²⁺在水凝胶基质中形成的次级网络结构可能赋予水凝胶更好的力学性能[24]。更重要的是，GA和Cu²⁺的自组装解决了CMC水凝胶网络与Cu²⁺之间相容性受限的问题。事实是，将Cu²⁺直接与CMC溶液混合会导致Cu²⁺与CMC中羧基之间发生强络合反应，从而快速形成非均相复合物，阻碍Cu²⁺的均匀分布[25]。Cu²⁺与GA之间的配位作用有望削弱Cu²⁺与CMC之间的络合作用，从而促进Cu²⁺在水凝胶中更均匀地分布。

本研究致力于设计一种用于烧伤治疗的可注射双网络水凝胶创面敷料（DOCGC），其具有多生物活性、组织粘附性和增强的机械强度（方案1）。我们假设，通过左旋多巴接枝的氧化硫酸软骨素（L-Dopa-OCS）中的醛基与含氨基的CMC之间通过席夫碱键交联，可以建立动态共价水凝胶网络。该网络进一步利用GA和Cu²⁺自组装进行强化，形成次级网络。预期DOCGC水凝胶能够整合自愈合、可注射性、粘附性和增强的机械强度。此外，Cu²⁺和GA自组装引入了额外的治疗功能，并促进了Cu²⁺在水凝胶中的均匀分布。本研究全面评估了DOCGC水凝胶的理化性质、生物相容性、抗菌活性、促愈合和促血管生成能力。最后，在深二度烧伤小鼠模型中验证了DOCGC水凝胶的治疗效果。DOCGC水凝胶有望成为应用于烧伤管理的潜在多生物活性敷料。

章节片段

材料

CS（Mw：7.4 × 10⁴ g/mol，Mn：4.0 × 10⁴ g/mol，Mw/Mn比值：1.84，纯度 = 98%，硫酸化程度n = 31.2%，交替连接的β-葡萄糖醛酸-(1 → 3)-N-乙酰-β-半乳糖胺-4-硫酸-(1 → 4)）和GA由上海源叶生物科技有限公司提供。CMC（Mw：2.7 × 10⁵ g/mol，Mn：7.1 × 10⁴ g/mol，Mw/Mn比值：3.78，羧化度 = 80%，粘度：10–80 mPa·s，脱乙酰度 = 95%，¹H NMR谱图：图S1）、左旋多巴（L-Dopa）、CuCl₂·2H₂O，

L-Dopa-OCS的合成与验证

L-Dopa-OCS由CS经过两步反应合成。L-Dopa-OCS的合成过程如图1A所示。首先，为了增强水凝胶的粘附性，通过EDC/NHS化学偶联方法将L-Dopa连接到CS上，合成L-Dopa-CS。从¹H NMR谱图（图1B）可以看出，6.8–7.4 ppm处代表苯环上氢原子的特征峰证实了L-Dopa成功接枝到CS上[27]。同时，FTIR光谱进一步

结论

总之，制备了一种由席夫碱和GA/Cu²⁺自组装形成的双网络水凝胶，以加速烧伤创面的修复。DOCGC水凝胶以CMC和L-Dopa-OCS为主要基质形成第一网络。GA和Cu²⁺的引入构建了水凝胶的第二网络。GA与Cu²⁺之间的相互作用增强了DOCGC水凝胶的机械强度，同时解决了Cu²⁺分布不均匀的问题。此外，得益于

CRediT作者贡献声明

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利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到了辽宁省科技计划项目（2025-BS-0057）、中央高校基本科研业务费（DUT25YG213和DUT25YG270）、辽宁省科技计划联合项目（2024JH2/102600030）和大连市生命健康领域指导计划项目（2025ZDJH01PT065）的资助。

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