微生物活性材料的创新：静电纺丝ectoine/ε-PL/PVA纤维敷料作为一种具有伤口愈合应用潜力的生物活性和血液相容性材料

《RSC Advances》：Innovation in microbial bioactive materials: electrospun ectoine/ε-PL/PVA fiber dressing as a bioactive and hemocompatible material with potential for wound healing applications

　　

生物活性纤维是创新的天然治疗剂，能够模拟人体的生物环境以加速愈合、对抗感染，并以卓越的精确性和有效性革新再生医学。在这项研究中，研究人员利用Halomonas elongata和Streptomyces albulus分别生产了ectoine（ECT）和ε-聚-L-赖氨酸（ε-PL），并利用这些化合物通过静电纺丝制备了ectoine/ε-聚-L-赖氨酸/聚乙烯醇（PVA）纤维，用于开发多功能伤口敷料。采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、差示扫描量热法（DSC）和衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）对生物纤维的理化性质进行了表征。此外，还评估了其抗菌、抗生物膜、抗氧化和细胞毒性效应。通过血液相容性测试、体外划痕实验以及在L929成纤维细胞培养物中通过定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）分析划痕诱导间隙闭合过程中的基因表达，进一步评估了这些生物纤维作为伤口敷料的潜力。本研究的结果证实了制备出光滑、均匀、无珠粒的微纤维，尺寸为0.8 ± 0.157 μm。这些生物纤维还表现出显著的生物活性，且无毒性或血液不相容性。最后，细胞迁移的诱导以及基质金属蛋白酶-9（MMP-9）和转化生长因子-β（TGF-β）表达的增加证明了该生物纤维作为生物活性伤口敷料的潜力。本研究的结果表明，ectoine/ε-聚-L-赖氨酸/聚乙烯醇生物纤维作为生物活性、血液相容性和多功能伤口敷料，在先进的生物医学应用中具有广阔的前景。

生物活性纤维作为模拟人体微环境的创新材料，在伤口愈合、抗感染和再生医学中展现出潜力。然而，现有敷料常缺乏多功能的协同作用，例如同时具备抗菌、抗氧化、促愈合及血液相容性，亟需开发新型复合生物活性材料。ectoine（ECT，一种由嗜盐菌产生的相容性溶质，具有抗炎和保湿功能）与ε-聚-L-赖氨酸（ε-PL，一种由链霉菌产生的抗菌多肽，兼具抗氧化特性）的互补特性为设计多功能敷料提供了可能。为此，研究人员将ECT、ε-PL与聚乙烯醇（PVA，一种合成生物相容聚合物）通过静电纺丝技术结合，首次制备了ECT/ε-PL/PVA生物纤维，旨在评估其作为伤口敷料的综合性能。该研究发表在《RSC Advances》。

在技术方法上，主要采用细菌挤奶法从Halomonas elongata生产ECT，发酵法从Streptomyces albulus生产ε-PL，并通过静电纺丝制备纤维。使用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和差示扫描量热法（DSC）表征理化性质。抗菌活性通过宏量稀释法测试8种临床病原菌（包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA等），抗生物膜活性采用结晶紫染色法，抗氧化活性通过DPPH自由基清除法。细胞毒性通过MTT法和流式细胞术评估人恶性黑色素瘤A375细胞、正常L929成纤维细胞和HUVEC内皮细胞。血液相容性通过溶血实验（健康志愿者血液，经伦理批准）。细胞迁移通过体外划痕实验分析，基因表达通过定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）检测MMP-9、TGF-β、IL-6和TNF-α。

研究结果保留原文小标题如下：

**3.1 ECT和ε-PL的生产**：通过优化发酵条件，ε-PL产量从非优化条件下的0.7 g L^-1提升至3.5 g L^-1，ECT产量为5 g L^-1，表明工艺改进有效提高了生产效能。

**3.2 ECT/ε-PL/PVA的制备与表征**：成功制备出光滑、均匀、无珠粒的微纤维，平均直径0.8 ± 0.157 μm，孔径2.50 ± 1.7 μm。ATR-FTIR光谱显示ECT、ε-PL与PVA之间存在氢键和静电相互作用，证实了稳定的复合网络。DSC热分析图显示三个吸热转变峰（173.2°C、315.35°C、439.3°C），其中熔融峰焓变334.85 J g^-1，表明生物纤维具有高结晶度和热稳定性，优于纯PVA纤维。

**3.3 抗菌活性**：ECT/ε-PL/PVA生物纤维对8种病原菌的抑制率显著高于单一成分，尤其对革兰氏阳性菌（如MRSA、金黄色葡萄球菌、粪肠球菌、变形链球菌）抑制率>99%，对革兰氏阴性菌（如铜绿假单胞菌98%、黏质沙雷菌94%、肺炎克雷伯菌97%）亦表现突出，这归因于ε-PL的阳离子性质破坏细胞膜，而ECT通过水合作用稳定了ε-PL的功能。

**3.4 抗生物膜活性**：生物纤维对革兰氏阴性菌的生物膜抑制效果优于革兰氏阳性菌，其中对黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌和大肠杆菌的抑制率分别为94%、91%和91%，而对MRSA和金黄色葡萄球菌分别为81%和83%。ε-PL通过静电作用破坏细菌膜并抑制胞外多糖合成，ECT则通过增强表面水合促进抗菌剂渗透。

**3.5 自由基清除活性**：DPPH实验显示生物纤维的抗氧化活性为89%，显著高于ECT（27%）、ε-PL（78%）和PVA（15%），甚至优于阳性对照抗坏血酸（1 mg mL^-1），其强抗氧化能力源于ε-PL的正电荷可与自由基相互作用。

**3.6 细胞毒性评价**：生物纤维对A375黑色素瘤细胞的杀伤率超过90%（MTT和流式细胞术确认），而对正常L929成纤维细胞和HUVEC内皮细胞的存活率均>90%，显示选择性抗癌活性。ECT本身对癌细胞有中等抑制，ε-PL诱导凋亡，两者联合产生协同效应，保护正常细胞的同时高效杀灭癌细胞。

**3.7 体外血液相容性**：溶血实验显示，生物纤维及其单一成分（ECT、ε-PL、PVA）的溶血率均低于2%，符合ISO 10993-4非溶血标准，表明其具有优异的血液相容性，适用于体内植入。

**3.8 体外划痕实验**：L929成纤维细胞经生物纤维处理24小时后伤口闭合率>75%，48小时后>98%，而对照组（PBS）闭合率<10%，表明ECT/ε-PL/PVA纤维显著促进细胞迁移和早期伤口愈合，这可能与ε-PL提供附着表面促进迁移及ECT调控信号通路有关。

**3.9 划痕诱导间隙闭合和迁移中的基因表达分析**：qRT-PCR结果显示，MMP-9表达上调>5倍，TGF-β上调>3倍，而促炎因子TNF-α显著下调，IL-6无显著变化。MMP-9和TGF-β的上调促进细胞外基质降解和细胞迁移，而TNF-α的下调反映ECT的抗炎作用，这共同解释了划痕实验中高效的伤口闭合。

讨论部分总结，ECT与ε-PL的协同作用充分发挥了各自的优势：ECT稳定生物分子并抗炎，ε-PL提供抗菌和促迁移活性，PVA则作为可纺性基质保证力学强度和释放可控性。研究结论翻译如下：本研究成功制备了由ECT、ε-PL和PVA组成的电纺生物纤维，结构均匀，直径0.8 ± 0.157 μm。主要创新在于首次组合了ECT和ε-PL的互补特性。这些生物纤维展现出优异的抗菌、抗生物膜、抗氧化、抗癌和生物相容性。此外，它们有效促进成纤维细胞迁移并调节伤口愈合相关基因的表达。ECT和ε-PL的协同作用显著增强了愈合过程并减少炎症。总体而言，这些微纤维作为生物活性、血液相容性和多功能伤口敷料，在先进医疗应用中具有广阔前景。尽管该敷料表现优异，仍需进一步的体内研究以充分确认其安全性和有效性，未来的研究应优先开展此类转化研究。