可定制褶皺圖案水凝膠 - 纖維膜復(fù)合支架的制備與傷口愈合應(yīng)用

燒傷創(chuàng)面愈合是臨床護理中最復(fù)雜和棘手的難題之一，常伴隨大量體液流失、病理生理紊亂和修復(fù)過程漫長。傳統(tǒng)的高含水量水凝膠敷料雖能提供濕潤環(huán)境，但普遍存在拉伸性差、機械強度不足、被動愈合效率有限等問題，難以適應(yīng)關(guān)節(jié)等大變形部位的動態(tài)傷口。同時，現(xiàn)有治療策略缺乏主動引導(dǎo)組織再生的能力。因此，開發(fā)兼具優(yōu)異力學(xué)性能與主動修復(fù)功能的新型敷料至關(guān)重要。

團隊靈感源自天然皮膚的層狀結(jié)構(gòu)與彈性特性，通過掩模輔助光交聯(lián)調(diào)控水凝膠模量的空間分布，并結(jié)合彈性基底預(yù)拉伸釋放策略，成功制備出可定制褶皺圖案的水凝膠/纖維膜（HFM）復(fù)合材料。該設(shè)計核心在于：①選用明膠甲基丙烯酰酯（GelMA）與聚乙烯醇（PVA）構(gòu)建水凝膠網(wǎng)絡(luò)，搭配聚脲（PU）/ 聚甲基氫硅氧烷（PMHS）纖維膜作為彈性基底，通過預(yù)拉伸釋放產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力誘導(dǎo)褶皺結(jié)構(gòu)，顯著提升材料拉伸性能（斷裂伸長率 > 400%）；②引入單寧酸（TA）通過C=C鍵、疏水作用等多重相互作用，強化水凝膠與纖維膜的界面黏附，并構(gòu)建致密網(wǎng)絡(luò)增強力學(xué)穩(wěn)定性；③通過硫醇-烯點擊反應(yīng)實現(xiàn)了基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1α（SDF1α）的梯度固定化，利用其化學(xué)趨化作用定向招募內(nèi)源性干細(xì)胞，同時通過RNA測序證實該復(fù)合材料可抑制IL-17等炎癥信號通路，減輕創(chuàng)面炎癥反應(yīng)。體內(nèi)深二度燒傷模型驗證顯示，該復(fù)合敷料能加速創(chuàng)面閉合、促進(jìn)膠原有序沉積，為燒傷創(chuàng)面修復(fù)提供了結(jié)構(gòu)-功能一體化的新型解決方案。

01

褶皺型 HFM 復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)表征

圖1 圍繞材料關(guān)鍵制備條件與結(jié)構(gòu)特性展開驗證：圖a的SEM圖像顯示4wt% PMHS修飾的PU纖維膜呈隨機取向非織造結(jié)構(gòu)，圖b的水接觸角數(shù)據(jù)證實其疏水性能優(yōu)異，可抵御水凝膠前驅(qū)體滲透；圖c的循環(huán)拉伸曲線表明纖維膜具備良好的彈性恢復(fù)性；圖e的SEM圖像直觀呈現(xiàn)不同 UV 照射時間對褶皺形成的影響，10min照射組形成連續(xù)平行褶皺，而15min組出現(xiàn)分層；圖 h、i的XPS圖譜證實TA與水凝膠形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，新出現(xiàn)的π-π*衛(wèi)星峰驗證了TA的成功引入，這些結(jié)果共同保障了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性與后續(xù)功能實現(xiàn)。

02

HFM-TA 復(fù)合材料的界面黏附與力學(xué)性能評估

圖2通過定量測試與直觀演示，全面展示了復(fù)合敷料較優(yōu)的力學(xué)性能：圖 a-d 的剝離實驗表明，經(jīng)單寧酸（TA）改性后，復(fù)合材料的界面粘附力顯著增強，且在過氧化氫處理后界面可重構(gòu)，粘附力恢復(fù)至初始的5.4倍，體現(xiàn)了其可修復(fù)性；圖e闡釋了TA通過多重氫鍵等作用增強界面結(jié)合的機理；圖f-h的拉伸測試顯示，褶皺結(jié)構(gòu)使水凝膠的拉伸率提升至352%，而TA進(jìn)一步強化的復(fù)合材料（HFM-TA）實現(xiàn)了>400%的斷裂伸長率、1.2 MPa的拉伸強度和2.7 MJ m?3的韌性；圖i-k通過循環(huán)拉伸測試及在手指關(guān)節(jié)上的演示，證實了該敷料在大變形下優(yōu)異的形狀恢復(fù)能力和能量耗散特性，滿足動態(tài)傷口的使用需求。

03

SDF1α 梯度固定化與干細(xì)胞遷移能力驗證

圖3聚焦復(fù)合材料的生物功能驗證：圖a的LSCM圖像與熒光強度曲線證實SDF1α呈“中間-雙側(cè)" 梯度分布，為干細(xì)胞定向遷移提供信號基礎(chǔ)；圖b、c的活/ 死染色與細(xì)胞活力數(shù)據(jù)顯示，復(fù)合材料提取物培養(yǎng)的間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）活力＞98%，證實其生物相容性優(yōu)異；圖d、e的劃痕實驗和圖f、g的Transwell實驗結(jié)果顯示，SDF1α修飾組的干細(xì)胞遷移面積與遷移數(shù)量顯著高于未修飾組，直接印證SDF1α對干細(xì)胞的定向招募作用，為材料的體內(nèi)修復(fù)效能提供了體外數(shù)據(jù)支撐。

04

體內(nèi)燒傷創(chuàng)面愈合效果評估

圖4通過動物實驗直觀呈現(xiàn)復(fù)合材料的創(chuàng)面修復(fù)優(yōu)勢：圖a的大鼠創(chuàng)面宏觀圖像顯示，術(shù)后12天SDF1α/wrinkled HFM-TA組創(chuàng)面基本能夠閉合，而3M Tegaderm膜組與未負(fù)載SDF1α的HFM-TA 組仍有明顯創(chuàng)面；圖b的創(chuàng)面面積軌跡與圖c的收縮率數(shù)據(jù)量化顯示，SDF1α修飾組的創(chuàng)面收縮速度顯著更快，12天創(chuàng)面收縮率顯著高于其他兩組，這些體內(nèi)數(shù)據(jù)直接證實該復(fù)合材料能有效加速深二度燒傷創(chuàng)面閉合，凸顯其臨床應(yīng)用潛力。

05

創(chuàng)面組織學(xué)與免疫組織化學(xué)評估

圖5從組織微觀結(jié)構(gòu)與炎癥反應(yīng)層面深化驗證修復(fù)效果：圖a、b的H&E染色顯示，SDF1α/wrinkled HFM-TA 組創(chuàng)面間隙更小，組織再生更充分；圖 c、d 的Masson染色表明，該組膠原纖維沉積更致密、排列更規(guī)整，利于創(chuàng)面組織重塑；圖e、f的CD68染色（巨噬細(xì)胞標(biāo)志物）顯示，SDF1α修飾組的炎癥細(xì)胞浸潤顯著減少，證實其能有效減輕創(chuàng)面炎癥反應(yīng)，這些組織學(xué)結(jié)果從結(jié)構(gòu)修復(fù)與炎癥調(diào)控兩方面，揭示了復(fù)合材料促進(jìn)創(chuàng)面愈合的內(nèi)在機制。

06

RNA-seq 轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果

圖6從分子機制層面解析復(fù)合材料的抗炎修復(fù)機理：圖a的火山圖顯示，SDF1α/wrinkled HFM-TA 組相較于未修飾組，有 363 個基因下調(diào)、84 個基因上調(diào)；圖b、c的KEGG 富集分析表明，免疫相關(guān)信號通路（如細(xì)胞因子 - 細(xì)胞因子受體相互作用、IL-17 通路）顯著下調(diào)；圖 d 的 IL-17 通路熱圖進(jìn)一步證實，Ccl11、Cxcl10 等炎癥相關(guān)基因表達(dá)水平顯著降低，這些轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)明確了復(fù)合材料通過抑制炎癥通路、調(diào)控免疫反應(yīng)促進(jìn)創(chuàng)面愈合的分子機制，為其修復(fù)效能提供了深度理論支撐。

本研究開發(fā)了一種面向燒傷修復(fù)的智能褶皺復(fù)合敷料，其核心優(yōu)勢如下：

力學(xué)自適應(yīng)：通過可定制褶皺結(jié)構(gòu)設(shè)計，材料具備超高拉伸性（>400%）與形狀記憶能力，能貼合動態(tài)傷口。

主動促修復(fù)：利用光控梯度固定SDF1α，主動引導(dǎo)內(nèi)源性干細(xì)胞定向遷移至創(chuàng)面，變被動覆蓋為主動再生。

多效協(xié)同：天然多酚TA同時增強材料力學(xué)強度與界面粘附，并與SDF1α協(xié)同調(diào)控免疫微環(huán)境，有效抑制過度炎癥。

安全可轉(zhuǎn)化：基于生物相容性材料構(gòu)建，體外體內(nèi)實驗均證實其安全性與顯著促愈合效果，具有明確的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

該敷料實現(xiàn)了力學(xué)適配、生物主動與免疫調(diào)控的一體化集成，為難愈性創(chuàng)面治療提供了創(chuàng)新策略。