可注射的自修复氧化透明质酸水凝胶可重塑愈合微环境，实现高效伤口闭合

《Acta Biomaterialia》：Injectable Self-Healing Oxidized Hyaluronic Acid Hydrogel Remodels the Healing Microenvironment for Efficient Wound Closure

　　

Fengya Jing|Tao Liu|Anbei Chen|Renjie Li|John S. Forsythe|Tianzhu Zhang

摘要

在临床伤口闭合中，传统缝线操作繁琐且易造成二次损伤，而现有的生物粘合剂则难以在复杂多变的伤口微环境中同时实现强粘附性、高安全性和良好适应性。伤口部位过量的活性氧以及持续存在的炎症是导致愈合微环境失衡并延缓修复进程的关键因素。为解决这一问题，本研究设计了一种可现场注射的自修复水凝胶粘合剂，旨在主动重塑伤口愈合微环境。该材料通过苯硼酸修饰的氧化透明质酸与聚乙烯醇之间的动态硼酸酯交联构建而成，不仅具有快速凝胶化、强组织粘附性以及自修复能力，以稳定物理微环境，还含有能够清除活性氧的苯硼酸基团，从而减轻氧化应激带来的不良影响。在大鼠全层皮肤切口模型中，这种水凝胶的伤口闭合效果可与缝线相媲美。从机制上来看，它能减轻伤口氧化应激，调节免疫微环境（降低TNF-α水平并促进M2型巨噬细胞极化），同时引导再生微环境的形成（促进有序的胶原沉积）。本研究通过材料设计为主动调节多种愈合微环境、实现高质量伤口修复提供了新的策略。

重要性说明

目前临床用于伤口闭合的材料面临一个核心挑战：在积极调控决定伤口愈合的复杂多维微环境的同时，还需具备强大的组织粘附性。本研究通过开发一种可注射的自修复水凝胶粘合剂（OHA-PBA/PVA），从三个微环境调控方面来解决这一难题。

该水凝胶通过三种机制发挥作用：（I）通过快速凝胶化和强粘附性稳定物理微环境；（II）通过清除活性氧来净化生化微环境；（III）通过调节免疫微环境，促进M2型细胞极化，降低TNF-α水平，进而增强胶原沉积和血管生成。

这种多维度策略不仅能实现与缝线相当的伤口闭合效果，还能减少炎症反应，为高质量组织再生提供了有希望的解决方案。

引言

伤口闭合与修复对于伤口愈合及组织功能恢复至关重要，具有重要的临床和研究价值[1]。目前，外科缝合仍是主要的临床伤口闭合方法，但它存在诸多局限性，包括操作繁琐、易造成二次损伤、引发炎症以及导致疤痕增生。此外，它还不适用于形状不规则的伤口或脆弱组织[2,3]。在此背景下，生物粘合剂因其微创特性、使用便捷以及能够适应复杂伤口形态的优势，逐渐成为传统缝合的理想替代方案[[4], [5], [6]]。尤其是基于透明质酸这类天然聚合物的粘合剂，因其良好的生物相容性和可降解性，受到了广泛关注[[7], [8], [9]]。

作为细胞外基质的关键组成部分[10]，透明质酸具有优异的亲水性、生物相容性以及可改性特点，因此是制作水凝胶的理想基质材料[[11], [12], [13], [14], [15], [16]]。然而，传统的基于透明质酸的水凝胶在用于伤口闭合时存在两大缺陷：（1）界面粘附力较弱，尤其在潮湿环境中容易脱落，无法实现长期稳定的物理密封[17,18]；（2）难以主动调节受损的伤口微环境。伤口部位过量的活性氧以及持续存在的炎症是阻碍伤口愈合的重要因素，而纯透明质酸既无法有效清除活性氧，也无法调控免疫细胞的活动，从而导致伤口愈合延迟和疤痕形成[19,20]。因此，迫切需要具有双重功能的先进透明质酸基生物粘合剂，既能确保与组织紧密结合，又能主动调控愈合微环境，尤其是通过减轻氧化应激和调节免疫反应来实现这一目标。

为应对这些挑战，本研究设计了一种基于动态硼酸酯键的可注射自修复水凝胶粘合剂（OHA-PBA/PVA）。该水凝胶系统通过三种方式主动调控伤口愈合微环境：（1）动态交联网络使其具备可注射性和自修复性能，能够灵活适应形状不规则的伤口，并稳定物理微环境；（2）所含的苯硼酸基团能够高效清除过量活性氧，减轻氧化应激；（3）该水凝胶还能调节免疫微环境，加速伤口修复进程。这一设计旨在打造一种先进的生物材料，能够在伤口愈合过程中同时主动调控物理、生化及免疫微环境，从而促进组织修复。图1a为制备过程：OHA-PBA/PVA水凝胶是通过聚乙烯醇与苯硼酸接枝的氧化透明质酸之间的动态硼酸酯键形成的；图1b展示了该水凝胶在伤口闭合中的应用。注入伤口后，该水凝胶可通过以下方式促进伤口修复：（I）通过形成粘合屏障来稳定物理微环境；（II）通过清除过量活性氧来净化生化微环境；（III）通过促进巨噬细胞从促炎性的M1型向促愈合的M2型转变来调节免疫微环境。综上，这一设计可显著加快伤口闭合与再生速度。

章节要点

材料

透明质酸（分子量M_n=400 kDa，品牌RHAWN）和聚乙烯醇（分子量M_w：89,000–98,000，品牌RHAWN）购自上海协恩化学科技有限公司（中国上海）。3-氨基苯硼酸（品牌Aladdin）、4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2-基)-4-甲基吗啉氯化物水合物（DMTMM）以及高碘酸钠购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司（中国上海）。乙二醇则购自国药集团化学试剂有限公司（中国上海）。

OHA-PBA的合成

首先对透明质酸进行氧化开环处理以实现醛基修饰，随后在其开环链上接枝苯硼酸（PBA），从而得到前体聚合物——PBA接枝的氧化透明质酸（OHA-PBA）（见图1a）。苯环质子的化学位移出现在7.5?8.5 ppm处（见图1c），傅里叶变换红外光谱则进一步显示了PBA的特征峰（见图1d），这些结果均证实了

OHA-PBA/PVA水凝胶的合成与表征

首先对透明质酸进行氧化开环处理以实现醛基修饰，随后在其开环链上接枝苯硼酸（PBA），从而得到前体聚合物——PBA接枝的氧化透明质酸（OHA-PBA）（见图1a）。苯环质子的化学位移出现在7.5?8.5 ppm处（见图1c），傅里叶变换红外光谱则进一步显示了PBA的特征峰（见图1d），这些结果均证实了

讨论

理想的伤口闭合材料需同时具备强粘附性、良好的生物相容性以及促进伤口愈合的能力。现有的各种解决方案，从传统缝线到氰基丙烯酸酯类及纤维蛋白密封剂等商业粘合剂，往往无法同时满足这些要求，尤其是在调节伤口微环境方面表现不佳[2,3,[47], [48], [49]]。我们开发的一种可注射自修复型OHA-PBA/PVA水凝胶，将物理密封、活性氧清除以及免疫调节功能整合到了同一个平台上，

结论

本研究成功开发了一种基于动态硼酸酯键的可注射自修复型OHA-PBA/PVA水凝胶粘合剂，可用于皮肤伤口闭合。透明质酸的羧基和醛基均可用于接枝苯硼酸，从而增加了游离苯硼酸基团的密度。这些苯硼酸基团具有双重作用：既能实现较强的组织粘附，又能有效清除过量活性氧。作为一种能够主动调控伤口微环境的材料，该水凝胶可通过多种机制促进伤口修复，

CRediT作者贡献说明

Fengya Jing：论文撰写——初稿撰写、方法学研究、实验分析、数据整理、概念构思。 Tao Liu：方法学研究、实验分析。 Anbei Chen：实验分析。 Renjie Li：实验分析。 John S. Forsythe：论文撰写——审稿与编辑。 Tianzhu Zhang：论文撰写——审稿与编辑、项目监督、资金筹集。