《Biomaterials》：感染创面修复新利器

背景

感染创面修复面临多重挑战：细菌感染引发的过度炎症、巨噬细胞 M1/M2 表型失衡、血管新生受阻，传统敷料往往难以兼顾抗菌、抗炎与促愈合功能。硫化氢（H₂S）气体疗法虽能调控炎症、促进组织修复，但存在释放失控、生物利用度低等问题，限制了临床应用。

近日，西北工业大学团队在《Biomaterials》发表创新研究，开发出一种多功能可注射水凝胶 OC@ε-PL-SATO。该材料通过 “持续 H₂S 释放 + 抗菌 + 免疫调控” 协同作用，在感染创面模型中实现高效修复，其核心机制是通过干扰 PI3K/Akt 通路促进巨噬细胞 M2 极化，为感染创面治疗提供了全新的纳米治疗方案。

通过两步法实现 H₂S 的稳定负载与可控释放

H₂S 供体优化：将疏水性 H₂S 供体 SATO 通过酰胺缩合反应接枝到亲水性 ε- 聚赖氨酸（ε-PL）上，合成 ε-PL-SATO，显著提升水溶性与 H₂S 释放效率。

双组分水凝胶制备：采用双管注射器设计，A 管含羧甲基壳聚糖（CMCS）与 ε-PL-SATO，B 管含氧化透明质酸（OHA）与引发剂 N - 乙酰半胱氨酸（NAC），混合后通过席夫碱反应快速成胶（<30s）。

关键特性适配：水凝胶具有疏松多孔结构，溶胀率达 20-23，14 天内可生物降解，同时具备剪切变稀与自修复能力，适配不规则创面。

水凝胶实现 H₂S 的长效可控释放，且生物相容性优异

缓释特性：通过 WSP-5 荧光探针和 H₂S 检测试剂盒验证，水凝胶可持续释放 H₂S 达 48h，6h 时释放峰值约 7μM，处于生物安全浓度范围。

细胞与血液相容性：对 L929 成纤维细胞和 RAW264.7 巨噬细胞无细胞毒性，活 / 死染色显示绿色荧光占比极高。溶血率 < 4%，红细胞形态保持完整，符合生物医用标准。

促细胞迁移：划痕实验显示，水凝胶提取物处理 48h 后，L929 细胞迁移率接近 100%，显著高于对照组。

水凝胶通过成分协同实现强效抗菌

广谱抗菌活性：对创面常见致病菌大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）均有显著抑制作用，24h 后细菌菌落数大幅减少。

抗菌机制明确：CMCS 与 ε-PL 的阳离子成分可破坏细菌细胞膜，FESEM 观察到细菌形态扭曲、破裂。

生物膜抑制：能有效阻止细菌生物膜形成，减少感染复发风险。

核心机制：H₂S 介导 PI3K/Akt 通路调控巨噬细胞极化

水凝胶释放的 H₂S 可显著推动巨噬细胞 M2 极化

表型转换：流式细胞术显示，OC@ε-PL-SATO 组 CD206⁺（M2 标志物）巨噬细胞比例显著高于 OC 组和 OC@ε-PL 组，接近 IL-4 阳性对照组。

细胞因子平衡：ELISA 检测证实，水凝胶处理后，促炎因子 TNF-α、IL-1β 分泌减少，抗炎因子 IL-10、TGF-β 水平升高，实现炎症微环境重构。

通过转录组测序与 Western blot 揭示核心机制

差异基因富集：RNA-seq 显示，OC@ε-PL-SATO 处理后，巨噬细胞中 1194 个基因上调、1098 个基因下调，显著富集于 PI3K/Akt、NF-κB 等炎症相关通路。

通路调控验证：Western blot 证实，水凝胶释放的 H₂S 可抑制 LPS 诱导的 PI3K 和 Akt 磷酸化，同时降低 NF-κB 表达，进而抑制 M1 极化、促进 M2 表型转换。

在金黄色葡萄球菌感染的大鼠全层皮肤缺损模型中，OC@ε-PL-SATO 水凝胶表现出显著修复优势

快速止血与抗菌：大鼠尾断出血模型显示，水凝胶止血时间（~110s）显著短于纱布和 3M 敷料组，出血量减少 50% 以上。创面细菌计数显示，3 天后 OC@ε-PL-SATO 组细菌载量仅 55 CFU/mL，远低于对照组。

加速创面闭合：14 天内 OC@ε-PL-SATO 组创面闭合率达 99%，显著高于 OC 组（85%）和 3M 敷料组（88%）。

组织再生与血管新生：H&E 和 Masson 染色显示，水凝胶组表皮完整、胶原沉积致密，毛囊数量显著增加。免疫组化证实，CD31⁺血管面积和 TGF-β 表达量显著高于对照组，表明血管新生增强。

炎症微环境改善：免疫荧光显示，创面 CD86⁺（M1 标志物）巨噬细胞比例降低，CD206⁺（M2 标志物）比例升高，炎症反应得到有效调控。

临床转化优势与价值

多功能集成：同时具备抗菌、持续 H₂S 释放、免疫调控、止血、促血管新生功能，一站式解决感染创面修复痛点；

使用便捷：可注射设计适配不规则创面，快速成胶能力避免移位，无需二次手术移除；

生物安全性高：原料为天然多糖（CMCS、OHA）与改性多肽，生物相容性优异，降解产物无毒性；

机制明确：通过 PI3K/Akt 通路调控巨噬细胞极化，为后续优化提供明确分子靶点。

总结

OC@ε-PL-SATO 水凝胶通过 “智能 H₂S 缓释 + 抗菌 + 免疫调控” 三重协同作用，成功解决了感染创面的核心修复难题。其创新点在于将疏水性 H₂S 供体亲水化改造，实现可控释放，同时通过干扰 PI3K/Akt 通路推动巨噬细胞 M2 极化，兼顾抗菌与促血管新生。该材料在感染创面模型中表现出高效修复效果，为临床感染创面（如糖尿病足、烧伤感染）治疗提供了全新的可注射敷料选择，具有广阔的转化前景。

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