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由于潮濕的環(huán)境和頻繁的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)的全層皮膚傷口愈合仍然是一個(gè)復(fù)雜的問題。近年來，多功能水凝膠在創(chuàng)傷修復(fù)中有很大的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的水凝膠并不能驅(qū)動(dòng)傷口動(dòng)態(tài)閉合。受胚胎創(chuàng)傷主動(dòng)閉合的啟發(fā)，他們構(gòu)建了一種結(jié)構(gòu)類似創(chuàng)可貼的雙層熱敏機(jī)械活性（DTM）水凝膠。通過“多重氫鍵簇”獨(dú)特的“負(fù)載分擔(dān)”效應(yīng)和粘合密度的增加，使水凝膠與生物組織緊密粘合。由溫度觸發(fā)的收縮力迅速傳遞到傷口邊緣，以抵抗外部機(jī)械力并驅(qū)動(dòng)傷口閉合，可以有效避免對(duì)周圍健康組織的損傷，并減少縫合線、縫合釘或夾子造成的疤痕、感染和炎癥等風(fēng)險(xiǎn)。在體內(nèi)，這種水凝膠繃帶通過促進(jìn)膠原沉積、促進(jìn)血管生成和加速傷口再上皮化，主動(dòng)促進(jìn)全層皮膚缺損傷口的修復(fù)。這種機(jī)械活性生物方法將為關(guān)節(jié)創(chuàng)傷管理提供一種簡(jiǎn)便的策略，并在組織重塑方面顯示出一定的應(yīng)用潛力。

近日，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳玉潔副研究員和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院楊秩副教授在《ACS Nano》上發(fā)表題為“Mechanoactive Nanocomposite Hydrogel to Accelerate Wound Repair in Movable Parts”的原創(chuàng)性研究論文。文章的第一作者是上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的博士生蔡超和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院的博士生朱慧敏。該團(tuán)隊(duì)針對(duì)關(guān)節(jié)處動(dòng)態(tài)傷口難愈合的問題，受胚胎創(chuàng)傷愈合和商用創(chuàng)可貼結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出了一種抵抗動(dòng)態(tài)機(jī)械張力的傷口修復(fù)策略，制備了一種雙層結(jié)構(gòu)的溫敏水凝膠創(chuàng)可貼，實(shí)現(xiàn)傷口的主動(dòng)閉合（圖1）。

圖1 (A) 受胚胎傷口主動(dòng)收縮啟發(fā)的機(jī)械活性敷料示意圖。(B) DTM水凝膠加速動(dòng)態(tài)和靜態(tài)傷口收縮和愈合的示意圖。

【體外收縮效果評(píng)估】

將前體溶液倒入直徑為3.5 cm的圓形皿中，聚合形成水凝膠。拍攝了37 °C下水凝膠的收縮圖像（圖2A），并對(duì)不同時(shí)間水凝膠收縮率的變化進(jìn)行了量化（圖2B）。結(jié)果表明，水凝膠在最初的1 h內(nèi)顯著收縮，此后，收縮過程減緩，直至最大收縮率達(dá)到43.3%。這種熱敏收縮性對(duì)傷口閉合是有利的。如圖2C所示，水凝膠對(duì)皮膚和肌肉組織的粘附力分別為1.044 N、0.778 N，對(duì)皮膚和肌肉組織的粘附強(qiáng)度分別為3.56 kPa、2.57 kPa （圖2D）。此外，水凝膠對(duì)新鮮的組織表現(xiàn)出良好的粘附性（圖2E），DTM水凝膠不會(huì)從豬皮膚組織上脫落，無論彎曲、扭曲，甚至在水下沖洗（圖2F）。接下來，他們?cè)隗w外探索了熱響應(yīng)性粘合劑DTM水凝膠在傷口閉合中的作用。他們將DTM水凝膠放置在圓形缺損的大鼠皮膚上來模擬全層皮膚傷口（圖2G）。試樣在37 ℃下放置1小時(shí)，然后用Image J測(cè)量收縮前后的傷口大小。收縮前的平均傷口面積為5.59 ± 0.17 cm2，收縮后為2.82 ± 0.19 cm2（圖2H）。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水凝膠對(duì)皮膚上的傷口邊緣施加收縮應(yīng)變來加速傷口閉合。

圖2 （A）雙面水凝膠在37 °C下收縮不同時(shí)間的照片。（B）37 °C下雙面水凝膠的收縮率。水凝膠對(duì)皮膚和肌肉的粘附力（C）和粘附強(qiáng)度（D）。（E）DTM水凝膠粘附在不同潮濕的新鮮生物組織（包括心臟、肝臟、肌肉和肺）上的照片。(F)照片說明了水凝膠對(duì)豬皮膚的粘附能力和機(jī)械順應(yīng)性。水凝膠在彎曲、扭曲，甚至在水沖洗的情況下都能緊緊地粘在豬的皮膚上，沒有脫落或斷裂。(G)水凝膠使傷口收縮的體外測(cè)試。(H）水凝膠處理前后的傷口大小。

【體內(nèi)傷口修復(fù)效果評(píng)估】

在小鼠背部做了一個(gè)長(zhǎng)度為1.5 cm的全厚切口，以評(píng)估水凝膠用于非侵入性傷口閉合的可行性。術(shù)后24小時(shí)，三組的傷口顯示出不同的收縮表象（圖3A）。水凝膠組表現(xiàn)出明顯的傷口收縮，剩余寬度為12.64%（圖3B）。然而，對(duì)照組和紗布組的收縮程度很小，剩余寬度分別為91.83%和98.88%。此外，我們?cè)诖笫蟊巢亢皖i部分別建立直徑15 mm和直徑為8 mm的全層皮膚切除傷口，以驗(yàn)證水凝膠在體內(nèi)的傷口愈合效率和組織再生效果。兩周后，傷口尺寸測(cè)量顯示，與其他兩組（紗布附件和空白對(duì)照）相比，使用DTM水凝膠的傷口閉合情況有明顯改善（圖3C）。術(shù)后兩周收集組織進(jìn)行H&E和Masson染色分析，以進(jìn)一步評(píng)估傷口愈合的程度以及炎癥和肉芽組織的水平?？梢杂^察到水凝膠組的毛囊再生明顯（圖3D）。水凝膠組的傷口愈合效果最好，傷口長(zhǎng)度最短（2.2 ± 0.85 mm，圖3E），表皮結(jié)構(gòu)更完整，可以看到很多毛囊結(jié)構(gòu)（10.33 ± 0.58，圖3F）。而紗布組和對(duì)照組的愈合效果較差，尤其是對(duì)照組，傷口長(zhǎng)度仍為7.20 ± 1.14 mm，幾乎看不到毛囊。結(jié)合Masson染色，可以觀察到水凝膠組有密集的膠原蛋白沉積。

圖3 背部傷口的愈合效果。(A）三組（對(duì)照組、紗布組、水凝膠組）傷口經(jīng)過24小時(shí)的不同處理后的照片。(B)傷口寬度的百分比值。(C)水凝膠組、紗布組和對(duì)照組術(shù)后立即和兩周的背側(cè)傷口的照片。(D)各組傷口組織的H&E和Masson染色。黑色箭頭表示再生的毛囊。雙箭頭虛線表示傷口長(zhǎng)度。(E)14天后三組背部傷口長(zhǎng)度的量化。(F)不同組別中修復(fù)區(qū)域的新毛囊數(shù)量的定量分析。

【小結(jié)】

本研究為克服傳統(tǒng)水凝膠敷料在動(dòng)態(tài)傷口治療中的不足，受胚胎傷口主動(dòng)閉合的啟發(fā)，構(gòu)建了集良好的伸展性、自愈性、濕組織粘附性、抵抗外部機(jī)械力、抗菌和鎮(zhèn)痛功能于一體的梯度熱敏雙面結(jié)構(gòu)的水凝膠。值得注意的是，雙面熱敏特性可以促進(jìn)傷口閉合，防止皮膚收縮或生理活動(dòng)引起的傷口過度緊張?？傊?，這種設(shè)計(jì)將為動(dòng)態(tài)傷口的機(jī)械化管理創(chuàng)造一個(gè)有意義的范式。