吉林农业大学李伟/宋凌杰:负载二氢槲皮素/壳聚糖纳米颗粒的水凝胶加速烧伤创面愈合

文章溯源

文章标题：Dynamic Injectable and Multifunctional Hydrogel Incorporating Dihydroquercetin (DHQ)-Loaded Chitosan Nanoparticles for Sustained DHQ Release and Accelerated Burn Wound Healing

期刊：Carbohydrate Polymers

影响因子：12.5

发表时间：2026年4月19日

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2026.125334

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研究创新点：

开发双动态交联可注射水凝胶，搭载DHQ纳米粒子实现持续释药，协同抗氧化、抗菌、止血及菌群调控功能加速烧伤愈合。

系统设计逻辑：

以离子交联法制备DHQ壳聚糖纳米粒子，嵌入OSA/CMCS双动态网络（席夫碱+硼酸酯键），构建自修复、可注射、pH响应降解的多功能创面敷料平台。

研究背景

烧伤创面愈合受持续炎症、细菌感染及组织再生延迟三重阻碍。传统敷料如纱布、棉垫虽成本低且透气，但难以有效阻隔微生物入侵，反而增加局部感染和脓毒症风险。水凝胶作为三维高含水聚合物网络，可模拟细胞外基质、提供湿润环境、促进气体交换并吸收过量渗出液，然而其固有治疗活性有限，疗效高度依赖负载生物活性分子。二氢槲皮素（DHQ）作为天然黄酮类化合物，具有强效抗氧化、抗炎及广谱抗菌活性，但其水溶性差、生物利用度低，严重限制临床转化。纳米粒子递送系统可显著提升DHQ溶解度与稳定性，实现控释和缓释。尽管已有生物活性分子或载药纳米粒子水凝胶用于创面修复的报道，现有系统多依赖单一交联机制，自修复能力和机械韧性不足；DHQ在纳米粒子负载水凝胶平台中的烧伤治疗应用鲜有探索；且水凝胶治疗对创面相关皮肤菌群的影响尚未充分研究。因此，开发兼具自修复、可注射、持续释药及菌群调控功能的DHQ纳米粒子水凝胶系统，对全面管理烧伤创面具有重要价值。

为了解决这一难题，吉林农业大学李伟/宋凌杰团队构建了一种动态可注射多功能水凝胶（DCNPs-Gel）。该系统通过离子交联法将DHQ封装于壳聚糖纳米粒子（DCNPs）中，随后将其嵌入氧化海藻酸钠（OSA）与羧甲基壳聚糖（CMCS）双动态交联网络（席夫碱亚胺键+硼酸酯键），实现纳米粒子介导的持续释药与双动态交联的协同作用，从氧化应激、感染、止血及菌群失调多维度促进烧伤创面愈合。

方案1. DCNPs-Gel的制备及其促进深二度烫伤创面愈合的机制示意图

研究结果

01

DCNPs及DCNPs-Gel的制备与表征

DCNPs通过壳聚糖与三聚磷酸钠（STPP）离子交联制备，SEM显示纳米粒子呈近球形、结构完整；DLS测得平均水合粒径约320±12 nm，PDI为0.21±0.03，Zeta电位约+38 mV，确保胶体稳定性。HPLC测定包封率87.6%、载药量7.3%。pH 7.4下粒径稳定，pH 5.5下48 h内完全解离，证实酸性微环境响应性释药。水凝胶通过OSA醛基与CMCS氨基形成席夫碱键，同时硼砂与多糖/DHQ邻二醇形成可逆硼酸酯键，构建双动态网络。SEM显示Gel与DCNPs-Gel均呈多孔互联结构，DCNPs掺入后孔径从约210 μm缩小至约190 μm，孔壁可见纳米粒子特征。元素映射显示C、N、O、B均匀分布，证实基质均一性。FTIR在~1636 cm⁻¹处增强吸收对应席夫碱C=N形成，~1331 cm⁻¹处吸收证实B-O硼酸酯键存在。DCNPs-Gel溶胀比高达1,803%，24 h保水率>60%，72 h内完全降解，满足创面湿润环境需求并避免长期滞留。酸性条件（pH 5.5）下DHQ累积释放约65%，显著优于游离药物暴释，机制涉及纳米粒子降解释放及席夫碱键酸响应水解。

图1. DCNPs及DCNPs-Gel的制备与表征

02

DCNPs-Gel的自修复与力学性能

创面日常活动中的弯曲、拉伸及剪切要求敷料具备机械完整性及自主恢复能力。DCNPs-Gel切割后120 min内自主愈合，归因于动态亚胺键和硼酸酯键在断裂界面的可逆断裂-重组。注射器挤出实验证实其剪切变稀可注射性，利于填充不规则深部创面。手指贴合实验显示优异柔韧性与组织粘附性，玻璃、塑料、皮肤及橡胶表面均表现良好粘附。流变学应变扫描显示DCNPs-Gel的储能模量G'（~830 Pa）约为空白Gel（~555 Pa）的1.5倍，屈服点从~80%提升至~120%应变，纳米粒子有效增强网络韧性。阶跃应变测试中，500%高应变下G'崩塌、G''超越G'（凝胶-溶胶转变），恢复1%应变后G'在数秒内恢复至原始值的~96%，四轮循环保持>93%恢复率。连续剪切测试证实剪切变稀行为，表观粘度从0.1至100 s⁻¹下降约3个数量级，支持微创注射。此外，水凝胶可塑形成A、B、C等复杂几何形状，展现高形状适应性。

图2. DCNPs-Gel的自修复、可注射性、粘附性及流变学性能

03

DCNPs-Gel的生物相容性及促细胞迁移与增殖作用

AO/EB活死细胞染色显示DCNPs-Gel组以绿色荧光（活细胞）为主，红色死细胞极少，与对照组及DHQ-Gel组相当，证实优异细胞相容性。MTT检测显示各水凝胶组细胞活力均>90%，纳米粒子及DHQ掺入未损害生物安全性。溶血实验显示Gel与DCNPs-Gel溶血率均<5%，满足出血创面接触要求。H₂O₂氧化应激模型中，DCNPs-Gel显著降低胞内ROS水平（~72%降幅，p<0.05），DHQ的酚羟基提供氢原子/电子中和自由基，纳米粒子-水凝胶网络实现持续释放。划痕实验显示DCNPs-Gel组24 h划痕闭合率~89%，显著优于模型组及空白Gel组，促进内皮细胞迁移。BrdU掺入及流式细胞术显示DCNPs-Gel组增殖效应最强，为血管新生提供双重优势。

图3. DCNPs-Gel体外生物相容性、抗氧化活性及促迁移效应

04

水凝胶的抑菌与止血性能

大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）抑菌实验显示，DCNPs-Gel对E. coli抑菌率达90.93%，对S. aureus达91.33%，显著高于空白Gel（73.42%/79.42%）及DHQ-Gel（79.37%/88.37%）。该增强效应源于DHQ的膜扰动/氧化还原干扰与壳聚糖阳离子静电吸附细菌的协同作用。小鼠肝脏穿孔及断尾模型中，DCNPs-Gel止血效果最显著：肝脏模型出血量从对照组~580 mg降至~200 mg（***p<0.001），优于空白Gel（~490 mg）及DHQ-Gel（~420 mg）。机制涉及水凝胶基质的物理封堵、壳聚糖促红细胞/血小板聚集及DCNPs增强界面粘附与网络完整性。

图4. DCNPs-Gel的抗菌与止血性能

05

DCNPs-Gel在深二度烫伤小鼠模型中的创面愈合效应

BALB/c小鼠深二度烫伤模型中，未处理组（Model）持续炎症、坏死组织形成及收缩延迟；各水凝胶组均改善创面外观、减少渗出并促进组织再生。DCNPs-Gel组第18天创面闭合率达~95.2%，显著优于未处理组（58.7%）。组织学评估显示，第5天DCNPs-Gel减少炎症浸润并促进早期肉芽组织形成；第18天呈现有序表皮结构、致密成纤维细胞分布及丰富新生血管。Masson三色染色显示DCNPs-Gel组胶原纤维更丰富、排列更规则，有效调控细胞外基质重塑，促进高质量再生并减少瘢痕形成。

图5. DCNPs-Gel加速深二度烫伤小鼠模型愈合

06

DCNPs-Gel介导创面修复的分子机制

Western blot显示烫伤模型组TLR4、p-NF-κB、IL-6及COX-2蛋白水平较正常皮肤显著升高（p<0.01），水凝胶处理显著下调这些炎症介质，DCNPs-Gel抑制效果最显著（p<0.05）。同时，DCNPs-Gel组VEGFA表达上调最显著（p<0.05），促进血管生成。ELISA显示第13天模型组IL-6显著升高（~150 pg/mg蛋白），DCNPs-Gel组IL-6最低（p<0.01）而IL-10显著上调（p<0.01），提示向促消退抗炎微环境转变。机制上，DHQ持续释放抑制NF-κB p65磷酸化及IκBα降解， attenuate下游IL-6分泌并清除ROS（NF-κB核转位的上游触发因子）， resulting IL-10上调促进M1-M2巨噬细胞极化并通过JAK1/STAT3信号促进VEGFA表达，驱动炎症-增殖期转变。

图6. 创面组织中炎症与血管生成相关蛋白的机制示意图及Western blot分析

07

DCNPs-Gel的菌群调控效应

皮肤菌群稳态对创面愈合至关重要。16S rRNA测序显示烫伤导致显著菌群失调（模型组与空白组主坐标分析明显分离），DCNPs-Gel处理使菌群组成向空白组偏移。门水平分析显示烫伤减少厚壁菌门（Firmicutes）、增加变形菌门（Proteobacteria），DCNPs-Gel部分逆转这些改变，恢复厚壁菌门并降低变形菌门，使菌群模式更接近健康皮肤。LEfSe分析显示模型组富集变形菌门特征，而空白组及DCNPs-Gel组以厚壁菌门相关分类群为主。Top 30属热图显示DCNPs-Gel处理小鼠的菌群组成与空白组更相似。结果表明DCNPs-Gel通过缓解烧伤诱导的微生物失衡、富集共生相关分类群并抑制机会性病原相关分类群，建立更稳态的微生物生态位以支持创面愈合。