《Macromol》：Injectable Alginate–Lysozyme–Tannic Acid Hydrogel with Antioxidant and Inflammation-Modulating Function: Laboratory Process Transfer and 3D Extrusion Printing
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氧化应激和持续性炎症会损害组织修复以及局部递送生物材料的性能。研究人员开发了一种水相海藻酸盐–溶菌酶–鞣酸生物杂化水凝胶（biohybrid hydrogel），旨在将可注射性、抗氧化功能与基于挤出的可打印性相结合。通过固定鞣酸浓度、改变海藻酸盐和溶菌酶用量的
氧化应激和持续性炎症会损害组织修复以及局部递送生物材料的性能。研究人员开发了一种水相海藻酸盐–溶菌酶–鞣酸生物杂化水凝胶（biohybrid hydrogel），旨在将可注射性、抗氧化功能与基于挤出的可打印性相结合。通过固定鞣酸浓度、改变海藻酸盐和溶菌酶用量的配方筛选，确定了流动性与结构完整性之间的明确平衡。一种中间配方表现出剪切变稀和弹性主导的流变行为、可控的水合作用、细胞相容性、抗氧化活性以及实际的注射器/喷嘴挤出能力。该选定配方可转移至约80 mL批次，并可沉积为多层结构。这些发现与协同形成的多糖–蛋白质–多酚网络一致，并证明将氧化还原功能与材料可加工性集成是可行的。未来研究应侧重于定量打印保真度验证、分子相互作用分析、溶菌酶活性保留、长期稳定性以及与临床应用相关的体内评价。此类开发可能有助于可注射和可打印抗氧化生物材料在慢性伤口管理和组织再生应用中的未来转化。
活性氧（reactive oxygen species, ROS）在生理浓度下是重要的信号介质，但过量或持续产生会损伤脂质、蛋白质、核酸和细胞外基质，并加剧炎症信号，从而延迟慢性伤口从炎症期向修复期的转变，并可能损害局部植入生物材料的效能。水凝胶因高含水量和可调网络结构而适用于组织修复，但可注射或可挤出打印水凝胶需要同时满足注射/挤出时的流动性和沉积后的结构保持，这两种性能往往相互制约。已有研究分别涉及海藻酸盐、溶菌酶和鞣酸（tannic acid, TA），但将三者集成于同一体系并系统评估其加工性能与生物/氧化还原功能仍是一个值得探索的方向。因此，研究人员提出假设：中间组成的海藻酸盐/溶菌酶比例可在保持TA介导抗氧化活性的同时，兼顾可注射性与挤出后结构保持。
研究人员设计了两因素八配方（F1–F8）筛选矩阵，固定TA浓度为1.0 mg/mL，变化海藻酸盐（2–4%, w/v）和溶菌酶（0.5–2.0 mg/mL），并综合评估了物理操作、流变学、溶胀/消溶胀、细胞相容性、抗氧化活性、炎症相关指标、短期储存、约80 mL批次放大和3D挤出打印。结果显示，低海藻酸盐配方流动性较好但结构保持弱，高海藻酸盐配方结构性强但挤出较难；中间配方F6在剪切变稀行为、弹性主导流变响应（G′>G″）、可控溶胀、高细胞活力、约93% DPPH清除率和约95% ABTS清除率以及实际注射器/喷嘴挤出方面表现出最佳综合平衡。F6还可转移至约80 mL批次，并通过1.6 mm喷嘴沉积为多层结构。该研究证明将抗氧化等生物功能与可加工性集成于一个简单的多糖–蛋白质–多酚网络是可行的，论文发表于《Macromol》。
研究用到的主要关键技术方法包括：两因素配方筛选设计；旋转流变仪测定稳态剪切粘度、振荡频率扫描和屈服应力；PBS中溶胀和消溶胀测试；L929小鼠成纤维细胞（ATCC CCL-1）提取液MTT法细胞相容性评价；DPPH和ABTS自由基清除法；RAW 264.7小鼠巨噬细胞（ATCC TIB-71）经脂多糖（LPS）刺激后，用Griess法检测一氧化氮（NO）并用ELISA检测肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）；4 °C和室温28天稳定性观察；约80 mL批次放大；以及使用Focus 3D Food Printer进行挤出打印。
### 3.1 组成依赖的凝胶化和配方筛选
通过瓶倾斜测试和肉眼观察，低海藻酸盐配方（F1、F2）较软且可流动，高海藻酸盐配方（F3、F4、F8）自支撑性更强，中间配方（F5–F7）表现出更平衡的形状保持和操作性能。这表明海藻酸盐浓度增加会提高聚合物链重叠和有效网络密度。
### 3.2 可注射性和挤出类丝形成
通过注射器/喷嘴手动挤出评估，低粘度样品容易挤出但沉积后扩散明显，最结构化配方挤出时阻力较大，而中间配方能形成连续挤出丝并保持更清晰的沉积形态。这说明可注射性应与流变学结合，而非仅用粘度作为筛选标准。
### 3.3 稳态剪切和振荡流变
流变测试显示所有配方均呈剪切变稀行为，F6的表观粘度从0.1 s
?1时约270 Pa·s降至100 s
?1时约4.4 Pa·s。振荡测试中，F6在1 rad s
?1下G′约280 Pa、G″约95 Pa，表现出弹性主导的凝胶行为；屈服应力随网络强度增加。中间配方提供了挤出和沉积后稳定性兼顾的流变窗口。
### 3.4 溶胀和消溶胀动力学
通过称重法测定，48 h溶胀比从F1的约8.2到F4的约3.4，F6处于中间水平约5.2。低海藻酸盐配方水合程度更高、失水更快，高海藻酸盐配方网络更致密、保水更强。F6的可控溶胀行为与其流变特性相匹配。
### 3.5 细胞相容性和自由基清除活性
MTT法显示各配方在提取液条件下均维持较高细胞活力。DPPH和ABTS测试表明含TA配方具有显著自由基清除活性，F6分别约为93%和95%。由于所有配方TA浓度固定，差异并非剂量效应，而可能源于网络内TA可及性、保留或释放状态的不同。
### 3.6 炎症相关读出和储存稳定性
在LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞模型中，F6处理后NO水平相对于LPS刺激组降低约60%，TNF-α、IL-6和IL-1β分别降低约54%、57%和61%。28天储存测试显示，4 °C比室温更能保留抗氧化活性和视觉稳定性。
### 3.7 放大和挤出基3D打印
选定配方从实验室小规模转移至约80 mL批次后，仍保持宏观均匀性和可注射性，并能通过1.6 mm喷嘴连续挤出，形成多层结构且未立即坍塌。这些结果属于可行性证据，而非正式生产工艺验证。
讨论部分指出，中间组成较好地平衡了网络强度与可注射性，这与海藻酸盐提供的聚阴离子骨架、溶菌酶与海藻酸盐之间的静电结合以及TA的酚羟基次级相互作用一致，但分子机制尚未通过光谱或量热手段直接解析。打印行为目前仅定性评估，定量保真度有待后续研究。溶胀实验反映的是48 h内的相对网络密度差异，不构成长期平衡证据。抗氧化活性来源于TA，但当前实验不能区分网络内可及TA与释放TA的贡献。细胞相容性和抗炎结果属于体外初步证据，不能推导长期体内疗效。储存和放大实验为可行性研究，未进行正式货架期验证。未来应量化分子相互作用、剪切恢复、TA释放与保留、溶菌酶活性、打印保真度，并在应用相关动物模型中评价安全性和疗效。
研究结论认为，通过八配方组成筛选，研究人员开发了海藻酸盐–溶菌酶–鞣酸水凝胶平台，并将物理操作、流变学、水合、抗氧化、细胞相容性、炎症相关读数、储存行为、实验室放大和挤出打印联系起来。配方组显示了流动性和结构完整性之间的明确平衡：低海藻酸盐体系更易流动但自支撑性较弱，高海藻酸盐体系结构更强但挤出性较差。中间配方提供了剪切变稀行为、弹性主导响应、可控溶胀、抗氧化活性和实用注射器/喷嘴挤出能力。选定配方可转移至约80 mL批次，并可通过1.6 mm喷嘴沉积为多层结构。总体而言，结果与协同多糖–蛋白质–多酚网络的形成一致，并展示了该策略用于功能性抗氧化水凝胶的潜力。可注射性、挤出加工性、水合控制、抗氧化活性和初步细胞相容性的组合，对慢性伤口和组织再生的生物材料策略具有重要意义。未来工作需量化分子相互作用、验证打印保真度和灭菌兼容性、评估溶菌酶活性和抗菌性能、延长稳定性测试，并在应用相关体内模型中建立安全性和有效性。
