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  細(xì)菌等病原微生物對傷口組織的感染，常常會導(dǎo)致傷口的潰爛，降低傷口愈合的速度和環(huán)境質(zhì)量，更有甚者會導(dǎo)致生物機體組織的病變。目前，臨床上主要使用添加抗菌劑的敷料材料來保護(hù)傷口不受細(xì)菌等病原微生物的侵害。然而，抗菌劑的流失會導(dǎo)致材料抗菌性能的消減，保護(hù)傷口抗感染的能力下降。因此，研發(fā)具有內(nèi)在抗菌能力和抗菌持久性以及生物響應(yīng)性能的敷料材料在醫(yī)用傷口處理中具有十分重要的意義。

  基于此，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院任學(xué)宏教授團(tuán)隊和康奈爾大學(xué)Chih-Chang Chu教授合作設(shè)計了一種可生物降解和生物響應(yīng)性的精氨酸偽蛋白-殼聚糖抗菌水凝膠。該工作將殼聚糖和精氨酸偽蛋白兩種均具有內(nèi)在抗菌效果和生物降解性的生物材料結(jié)合，通過化學(xué)交聯(lián)，溶劑置換等方法得到了精氨酸偽蛋白-殼聚糖抗菌水凝膠，如圖1所示：

圖1 CS-GMA/Arg-PEUU水凝膠的制備示意圖

  研究發(fā)現(xiàn)CS-GMA/Arg-PEUU復(fù)合水凝膠具有較高的吸水溶脹性能和pH響應(yīng)性，適用于在復(fù)雜的傷口環(huán)境中對細(xì)胞信號分子和蛋白質(zhì)等轉(zhuǎn)運。CS-GMA/Arg-PEUU復(fù)合水凝膠具有更優(yōu)異的酶促降解性能，在溶菌酶的存在下10天內(nèi)降解率可達(dá)到52.16%-54.99%。該研究中復(fù)合水凝膠具有刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生NO和釋放TNF-α等生物因子功能，來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞啟動炎癥活性，從而增強炎癥和對細(xì)菌感染的免疫力，有利于傷口的愈合，使得該水凝膠應(yīng)用于傷口敷料方面的具有大優(yōu)勢。復(fù)合水凝膠對紅細(xì)胞、NIH-3T3成纖維細(xì)胞和人血管內(nèi)皮細(xì)胞居于良好的細(xì)胞相容性。

圖2 CS-GMA/Arg-PEUU復(fù)合水凝膠的(A)不同pH值下的溶脹性能,(B)體外酶降解性能；(C)巨噬細(xì)胞NO產(chǎn)量和 (D)TNF-α釋放

  CS-GMA/Arg-PEUU復(fù)合水凝膠抗菌效果較單一組分水凝膠的抗菌效果大大提升，復(fù)合水凝膠可以分別滅活91.81%的大腸桿菌和85.59%的金黃色葡萄球菌，顯示出了更好的抗菌性能，并且隨著Arg-PEUU組分的增加，抗菌性能提升（圖3）。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，CS-GMA和CS-GMA/Arg-PEUU水凝膠在接觸細(xì)菌后具有持續(xù)的抗菌效果，這種持續(xù)性有利于在傷口愈合過程中預(yù)防感染。

圖3 CS-GMA和CS-GMA/Arg-PEUU水凝膠的抗菌性能(A)定性抗菌效果，(B)定量抗菌性能；水凝膠對(C)大腸桿菌和(D)金黃色葡萄球菌的抗菌動力學(xué)分析

  該研究的最大意義在于將殼聚糖和精氨酸偽蛋白生物材料的優(yōu)點結(jié)合成一個整體，研發(fā)出一類具有內(nèi)在抗菌效果、可生物降解的生物響應(yīng)性精氨酸偽蛋白-殼聚糖多功能的水凝膠材料，為抗菌敷料材料的設(shè)計及研究提供了借鑒意義。

  研究成果以“Development of Inherently Antibacterial, Biodegradable, and Biologically Active Chitosan/Pseudo-Protein Hybrid Hydrogels as Biofunctional Wound Dressings” 為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2021, 13, 14688-14699）上。論文的通訊作者是江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院任學(xué)宏教授和康奈爾大學(xué)Chih-Chang Chu教授，論文第一作者為江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院2017級博士研究生殷茂力。上述研究得到了江蘇省研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃項目（KYCX18_1833）、國家留學(xué)基金委和康奈爾大學(xué)伍文森基金會的資助和支持。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c21680