近红外光激活的具取向微通道结构的胶原基水凝胶促进成纤维细胞浸润与炎症消退

《Collagen and Leather》：Near-infrared light-activated collagen-based hydrogel with oriented microchannel structure promoting fibroblast infiltration and inflammatory resolution?

　　

组织修复面临细胞浸润低效与炎症迁延难愈的挑战。研究人员将亚精胺（spermidine）负载于介孔聚多巴胺纳米粒（mesoporous polydopamine nanoparticles, MPDA NPs）中，再以琼脂糖包覆，将其引入氧化透明质酸（oxidized hyaluronic acid, OHA）交联的胶原基质，经定向冻融工艺构筑近红外（near-infrared, NIR）激活水凝胶（DOCH@P）。得益于定向冰晶挤压与冻程中化学交联，DOCH@P具明显取向微通道结构，且机械性能、粘弹性及组织粘附强度提升。其光热效应在NIR激活下促使纳米粒壳层琼脂糖熔融，实现NIR响应性亚精胺释放。NIR激活的DOCH@P展现强效广谱抗菌与抗氧化活性。尤为关键的是，取向微通道的物理接触导向与亚精胺生物活性协同，显著诱导成纤维细胞定向迁移与浸润。基于亚精胺多层免疫调节，NIR激活DOCH@P驱动巨噬细胞向抗炎M2表型极化，缓解过度炎症并重塑免疫稳态。综上，该NIR激活胶原基取向微通道水凝胶为通过物理接触导向细胞浸润与抗炎调控引导组织再生提供了前景广阔的支架基础。

研究背景方面，组织损伤有效修复长期受限于细胞浸润低效与炎症微环境失调两类关键瓶颈。常规胶原基材料虽具良好生物相容性，但其内部随机无序多孔网络无法提供明确物理导向，导致细胞分布紊乱、深层浸润受阻，且缺乏主动调控局部免疫与抗感染能力，纯胶原材料难以抑制损伤后促炎巨噬细胞过度活化及细菌入侵，最终阻碍功能组织重建。取向微通道结构水凝胶可通过接触导向驱动细胞定向迁移与有序排列，冰模板法（ice-templating）因结构可控性与工程可扩展性成为优选构建策略；亚精胺作为天然多胺可抑制NF-κB信号、上调Arg-1表达以促进巨噬细胞M1向M2表型转化；NIR光穿透性好且可远程激活聚多巴胺（polydopamine, PDA）光热转换实现“按需”释药与物理抗菌，三者融合有望同步解决导向浸润、抗炎与感染防控问题。研究人员据此假设并开展本研究，相关成果发表于《Collagen and Leather》。

主要关键技术方法方面，研究人员采用软模板法制备MPDA NPs并负载亚精胺，以琼脂糖包覆获得AG/MPDA@S NPs；将AG/MPDA@S NPs掺入OHA交联Ⅰ型胶原前体，经液氮自下而上定向冷冻与?20 ℃冻存熟化、37 ℃解冻制得DOCH@P，并设置无纳米粒定向冷冻组DOCH及无纳米粒非定向组OCH作对照；以808 nm NIR（1.5 W/cm²，5 min）评估光热升温，HPLC定量亚精胺累积释放并用Logistic模型拟合；选用L929成纤维细胞与RAW264.7巨噬细胞，结合浸提液培养、CLSM观察浸润、ELISA/Western blot/qPCR及转录组测序评价抗炎与极化；抗菌以E. coli与S. aureus菌落计数及SEM形貌、ABTS⁺与·OH清除实验分别验证。

研究结果部分，3.1节制备与表征MPDA NPs和AG/MPDA@S NPs表明，MPDA NPs具20.7 m²/g比表面与21.0 nm孔径，琼脂糖包覆后粒径由159 nm增至175 nm、Zeta电位由?33.45 mV升至?12.65 mV，载精胺量28.8 mg/g，NIR照射5 min悬液升温至58.2 ℃且精胺快速释放，SEM证实壳层熔融露出孔道，释放符合Logistic模型。3.2节DOCH@P的构筑与表征显示，定向冻融赋予DOCH与DOCH@P明显取向微通道而OCH为无序孔，DOCH@P最大压缩强34.7 kPa、杨氏模4.3 kPa，G′始终高于G″且凝胶-溶胶转变应变达25.2%，猪皮粘附强12.0 kPa，优于对照。3.3节NIR光热与释药显示DOCH@P照5 min升至60.9 ℃，无光照仅释3.9%精胺，NIR后8 h累积释65.2%，受AG/MPDA@S NPs控释主导。3.4节抗菌抗氧化表明DOCH@P+NIR对两菌抑制率>95%，SEM见菌体皱缩破裂，ABTS⁺与·OH清除率显著提升，归因为PDA酚醌捕自由基与精胺质子中和协同。3.5节细胞迁移与成纤维细胞浸润中L929存活率>85%，DOCH@P+NIR组3天迁移率>80%，CLSM证实取向通道内有序纵向浸润，精胺促肌动蛋白聚合增强伪足。3.6节细胞内抗炎显示DOCH@P+NIR下调IL-1β、IL-6、TNF-α、i-NOS与NF-κB，上调IL-10、Arg-1、CD206，精胺经自噬增强与PTPN2去磷酸化双途径抑制NF-κB。3.7节免疫机制转录组获3190 DEGs（846上/2344下），炎基因IL-6/TNF/NF-κB下调，自噬基因Tlr2/Nlrp3/Casp8上调，KEGG示PPAR/mTOR与细胞色素P450解毒通路上调、NF-κB/TNF/IL-17/PI3K-AKT下调，GO示MHC-II呈递与氧化应激响应增强、BH域结合与细胞因子产生抑制，整体驱动M1→M2重编程。

讨论与结论翻译部分，研究人员讨论指出，DOCH@P通过冰晶挤压与OHA-胶原希夫碱（Schiff’s base）交联锁定取向微通道，AG/MPDA@S NPs兼作光热剂与精胺储库，NIR一键触发升温熔融琼脂糖壳实现时空可控释药，物理通道与化学信号双层协同是成纤维细胞有序深层浸润的关键；精胺经自噬-PTPN2-NF-κB轴及代谢重编程多维抑制炎级联，使巨噬细胞功能态翻转，该“拓扑导向+远程光控+免疫重塑”一体化设计弥补了传统胶原支架单向功能不足。结论部分原文意译如下：经定向冻融构筑的DOCH@P水凝胶具三维取向微通道，机械、粘弹、粘附性能增强，兼NIR光热与精胺响应释放；其展现广谱光热抗菌与NIR触发抗氧化；取向通道接触导向与精胺生物活性协同促进成纤维细胞定向迁移与广泛浸润；NIR激活下重编程巨噬细胞M1向M2极化，及时抗炎并重建促再生免疫微环境；该NIR激活胶原基取向微通道水凝胶作为免疫调节与物理导向支架在慢性皮肤创面再生中具重要应用潜力。