《Biomaterials》：A Temporally Coordinated MXene@PDA Hydrogel Sequentially Orchestrates Hemostasis, Inflammation Resolution, and Angiogenesis for Wound Repair
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摘要：急性创伤后不受控制的出血以及氧化应激驱动的炎症仍然是主要临床挑战。在此，我们报道了一种超快速自凝胶化的仿生水凝胶（PSMP），该水凝胶将MXene@聚多巴胺（MXene@PDA）异质结纳米酶整合到动态聚乙烯醇/丝素蛋白基质中。PSMP可提供快速的湿润组织粘附和机械密封，
摘要：
急性创伤后不受控制的出血以及氧化应激驱动的炎症仍然是主要临床挑战。在此，我们报道了一种超快速自凝胶化的仿生水凝胶（PSMP），该水凝胶将MXene@聚多巴胺（MXene@PDA）异质结纳米酶整合到动态聚乙烯醇/丝素蛋白基质中。PSMP可提供快速的湿润组织粘附和机械密封，从而在复杂出血环境中实现高效止血。动态聚合物网络，加上儿茶酚介导的界面相互作用以及MXene@PDA的促止血效应，使PSMP能够快速填充出血腔，牢固粘附于湿润组织，并加速血凝块形成。在向组织修复过渡过程中，活性氧（ROS）响应性基质降解触发MXene@PDA纳米酶的释放。这些纳米酶清除线粒体ROS，维持线粒体稳态，并与cGAS-STING-NF-κB相关炎症信号通路的激活降低有关。与此同时，PSMP促进促血管生成反应，这与血管生成素-Tie2信号通路的激活相关变化一致。在啮齿动物、兔子和大猪的致死性出血及全层伤口模型中的评估支持了PSMP治疗与早期止血、随后炎症减轻和血管生成反应之间时间协调的关联。这种时间协调的系统为高级伤口管理提供了一种有前景的策略。
引言
急性物理创伤伴随大量出血和不受控制的炎症仍然是死亡率和慢性伤口发病的主要原因[1]、[2]。实现快速止血是启动组织再生的前提条件[3]。然而，在生理情况下，伤口通常被流动的血液和渗出液覆盖。这种动态的、高度水合的微环境严重损害了传统敷料的界面粘附性，往往导致物理密封失败和致命性再出血[4]、[5]。此外，严重创伤不可避免地引发氧化应激风暴[6]。大量活性氧（ROS）的爆发造成直接的细胞毒性并损伤线粒体，进而引发持续性的炎症级联反应[7]、[8]。这种过度炎症的微环境严重阻碍了血管生成和组织重建[9]。因此，在湿润动态环境中实现牢固止血并打破炎症恶性循环仍然是一项艰巨的挑战。
为了解决止血挑战，人们开发了多种策略，包括受藤壶胶启发的非凝血依赖性密封剂[10]、体液触发粘合水凝胶[11]以及受中性粒细胞胞外陷阱启发的DNA水凝胶[12]。在这些策略中，丝素蛋白（SF）因其卓越的生物相容性、机械韧性和可编程二级结构而成为特别有前景的结构构建块[13]、[14]。SF在特定触发下的β-折叠构象转变能够仿生复制天然纤维蛋白成熟过程中的聚集和应变硬化效应，为高度水合伤口的物理密封提供坚实的机械支撑网络[15]、[16]。然而，这些止血系统主要设计用于出血控制阶段，对于缓解严重创伤后不可避免的氧化应激风暴和持续性炎症级联反应能力有限。另一方面，越来越多的研究致力于解决伤口失调的炎症微环境。炎症响应性水凝胶能够通过表观遗传调控巨噬细胞极化实现按需局部免疫调节[17]，通过基于机械转导的微细胞工程优化的水凝胶/纳米纤维复合材料可实现皮肤层再生[18]，喷雾型纳米酶水凝胶可通过表观遗传重塑炎症促进糖尿病伤口再生[19]。仿生酚类水凝胶[20]和基于钼的纳米簇工程杂化水凝胶[21]同样显示出清除ROS和重新导向巨噬细胞极化的疗效。这些进展[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]表明，将抗炎和ROS清除功能与止血性能整合可能同时解决出血和创伤后炎症问题。近年来，二维过渡金属碳化物或氮化物（MXenes）凭借其独特的物理化学性质在再生医学中展现出广泛的应用潜力[23]。MXene的高亲水表面和丰富的电负性末端基团（如-OH、-F、-O）提供了优异的界面氢键锚定[24]，而其内建的微电场有助于捕获血液蛋白并引导血细胞趋化，协同加速血凝块形成。表面工程化的MXenes还对创伤后氧化应激表现出强效的类酶催化活性（MXenzyme）[25]、[26]，使其能够作为氧化还原调节剂清除过量ROS并打断炎症级联反应。值得注意的是，一种可注射的丝素蛋白基水凝胶已整合MXene并显示出在伤口保护和再生中的前景[27]，但该研究并未关注急性止血。因此，我们假设将SF与适当表面工程化的MXene整合到动态水凝胶网络中，可以同时实现快速止血、炎症消退和加速皮肤组织修复。
在此，我们设计了一种超快速自凝胶化的多功能仿生水凝胶（PSMP），它无缝衔接了快速多维止血和加速组织重建。PSMP水凝胶由聚乙烯醇（PVA）和丝素蛋白（SF）基质通过可逆硼酸酯键和氢键交联而成，包裹着MXene@PDA异质结纳米酶。具体而言，PVA/SF基质提供了一个具有优异可注射性、自愈合能力和机械密封性的动态交联网络。除了这些物理化学特性外，该基质还充当ROS响应性储库。在创伤后微环境的氧化刺激下，硼酸酯键的断裂使得MXene@PDA纳米酶按需释放，同时消耗部分局部ROS以减轻早期氧化应激。PDA修饰通过儿茶酚基团赋予强大的自愈合能力和强的湿润组织粘附能力，使其即使在苛刻条件下也能机械密封出血腔，并进一步有助于ROS清除。作为主要治疗效应剂，MXene@PDA异质结纳米酶通过其异质结电子结构发挥多酶样ROS清除活性，调节线粒体氧化还原稳态，并积极编排凝血级联反应以促进快速血凝块形成。我们假设PSMP水凝胶的这种时间协调设计将快速失血控制与抑制过度炎症和促进血管生成相结合（方案1）。为了验证这一概念，我们建立了全面的体内评估，涉及啮齿动物和巴马小型猪中的致死性不可压迫性出血和全层皮肤缺损模型，并结合全转录组测序，结果表明PSMP水凝胶与自然愈合级联一致并缩短整个过程，为高级伤口管理提供了一种有前景且可转化的解决方案。
章节片段
MXene@PDA异质结纳米酶的制备
为了合成MXene@PDA异质结纳米酶，我们最初按照先前报道的方法[28]制备了TiVCTx MXene纳米片。然而，TiVCTx MXene纳米片的催化活性有限，因为它们容易被环境ROS氧化，严重削弱了抗氧化能力[29]。为了解决这一挑战，我们采用聚多巴胺（PDA）修饰策略形成MXene@PDA纳米酶，以提高其水和空气稳定性。透射电子显微镜（TEM）图像
讨论
止血伤口敷料的临床转化不仅需要快速止血控制，还需要维持组织接触、适应湿润和不规则伤口表面，并支持随后的组织修复的能力。包括纤维蛋白密封剂、明胶海绵、氧化再生纤维素、基于白陶土的战斗纱布、壳聚糖敷料和氰基丙烯酸酯组织粘合剂在内的商业化止血产品已在外科和紧急情况下广泛应用。这些
结论
总之，PSMP通过将MXene@PDA异质结纳米酶与机械上坚固的PVA/SF水凝胶网络整合而设计，解决了伤口修复的连续性需求。通过将快速止血、炎症消退和促血管生成修复整合在一个单一系统中，PSMP与自然愈合级联一致，并在啮齿动物和大猪的出血和伤口模型中证明了其疗效。通过积极参与微环境调节，而不是
材料
所用材料包括TiVAlC MAX粉末（910821，Sigma-Aldrich，美国）；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH，257621，Sigma-Aldrich，美国）；聚乙烯醇（PVA，363138，Sigma-Aldrich，美国）；丝素蛋白（SF，5154，Sigma-Aldrich，美国）；四硼酸钠（221732，Sigma-Aldrich，美国）；Triton X-100（P0096，Beyotime，中国）；细胞计数试剂盒-8（CCK-8，C0038，Beyotime，中国）；钙黄绿素-AM/PI活/死细胞染色试剂盒（C2015M，Beyotime，中国）；鬼笔环肽（13054，Cell Signaling Technology，美国）；
CRediT作者贡献声明
翟宇：方法学，数据整理。郑艳：验证，方法学。刘超：写作 – 初稿，验证，研究，资金获取，数据整理。谭露：写作 – 初稿，监督，方法学，形式分析，数据整理。张雨瑶：验证。曹林海：研究，数据整理。王艳秋：研究。刘晨浩：研究，数据整理。李长青：写作 – 审阅与编辑，监督，资金获取，概念化。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系可能会影响本文报道的工作。
致谢
本研究由国家自然科学基金（编号：82502900，82472517）、重庆市自然科学基金（CSTB2025NSCQ-GPX0589，CSTB2024NSCQ-KJFZMSX0052）以及陆军军医大学科技创新增强项目（2023XJS29）资助。
Chao Liu|Lu Tan|Yu Zhai|Yan Zheng|Yanqiu Wang|Chenhao Liu|Yuyao Zhang|Linhai Cao|Chao Zhang|Changqing Li
Department of Orthopedics, Xinqiao Hospital, Army Medical University, Chongqing 400037, China
