🤩 Journal Club | 机械力触发自组装的中草药水凝胶用于伤口愈合！~

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今天是水凝胶思密达！~😘

研究背景

该研究开发了一种机械力触发自组装的中草药水凝胶（hydrogel），用于伤口愈合。

该材料结合了抗菌活性和免疫调节能力，并通过机械刺激（如注射）诱导快速成胶，适用于复杂伤口环境。🧐

研究结果一

机械力诱导葛根素-壳聚糖水凝胶（C@P hydrogel）的构建与理化性质表征：👇

图1A：显示 C@P1 水凝胶在不同时间点（0、3、6、12 小时）的成胶过程实物照片，肉眼可见其从液体逐渐转变为凝胶状，表明其具有时间依赖性的自组装过程。

图1B：扫描电镜（SEM）图像展示了葛根素（PUE）、壳聚糖（CS）、以及三种比例不同的水凝胶（CP0.2、CP1、CP2）在高倍下的微观形貌。观察到 CP1 和 CP2 呈现出明显的纤维状或多孔网络结构，揭示自组装形成的三维结构随 PUE 含量增强。

图1C：傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析图。用于分析 C@P水凝胶的分子间相互作用。结果表明 CP 水凝胶中出现了 PUE 和 CS 特征峰的叠加和位移，提示两者之间存在氢键或其他分子间相互作用，是其形成稳定凝胶的重要基础。

图1D：Zeta 电位分析。展示了 PUE、CS 和CP 水凝胶的表面电荷特征。电位变化反映颗粒表面电荷和稳定性。与单一成分相比，C@P复合体系电位变化说明其形成稳定胶体结构，并可影响其生物相容性和药物释放行为。

图1E：CS、CP0.2、CP1、CP2 在 1 Hz 频率和 1% 应变条件下的储能模量（G′）和损耗模量（G″）。G′ > G″表明体系以弹性为主，具有良好的凝胶特性。CP1 的 G′ 值显著高于其它组别，说明该比例水凝胶具备最佳力学强度和稳定性。

图1F-H：流变性能测试结果。展示了 C@P 水凝胶的剪切模量（G’）大于损耗模量（G’’），说明该水凝胶具有典型的弹性固体特征。模量随时间增加保持稳定，验证其成胶后的力学稳定性。

研究结果二

分子动力学模拟揭示葛根素-壳聚糖（C@P）体系的自组装过程与稳定结构特征：👇

图2A：C@P体系在0、0.5、1、1.5 和 2 ns 时的结构变化图，显示体系在纳秒级时间尺度下逐步形成有序结构，体现其具有动态自组装能力。

图2B：不含水条件下的C@P体系结构图，用于突出分子间直接相互作用模式，去除溶剂干扰以更清晰地观察PUE与CS的作用界面。

图2C-D：分子模拟所用的模拟盒（simulation box）中C@P分子排列示意图，显示葛根素与壳聚糖分子在初始状态下的分布和相对位置。

图2E：自组装结构的特写图，红色圆圈标记了壳聚糖链上的氮原子，特别指出有些氮原子暴露于外围，可能参与氢键或静电作用，为后续胶体结构稳定性提供理论基础。

研究结果三

C@P 水凝胶展现出对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的广谱抗菌活性：👇

图3A：大肠杆菌（E. coli）在不同处理条件下的细胞活性检测。使用 MTT 类方法评估水凝胶（PUE、CS、CP0.2、CP1、CP2）与对照（生理盐水）对细菌活性的抑制效果。CP1 和 CP2 显著降低细菌活性，表现出浓度依赖的抗菌性。

图3B：金黄色葡萄球菌（S. aureus）在相同条件下的活性检测，显示与图3A相似的趋势，说明 C@P 水凝胶对革兰氏阳性菌也有良好抑制效果。

图3C：E. coli 和 S. aureus 菌落培养照片，直观展示不同处理下的菌落数量。PUE 和 CS 单独处理有轻微抑制，CP0.2 表现中等，CP1 和 CP2 几乎无菌落生长。

图3D：LIVE/DEAD 染色结果，绿色代表活菌，红色代表死菌。CP1 和 CP2 显示更多红色信号，说明杀菌效率更高。

图3E：扫描电镜（SEM）下观察细菌形态。对照组、PUE、CS 显示细菌结构完整；而 CP1 和 CP2 处理后，细菌膜破裂（红色箭头标出），证明水凝胶对细胞膜具有破坏作用。

研究结果四

C@P 水凝胶在体外表现出良好的生物相容性及抗氧化、免疫调节功能：👇

图4A：对 L929 成纤维细胞进行 CCK-8 检测（共培养24小时），结果显示除 H₂O₂ 阳性对照外，其余处理组细胞活性良好，尤其是 CP1、CP2 表现优异，提示材料无明显细胞毒性。

图4B：共培养48小时后进一步评估细胞增殖情况，趋势基本一致，说明 C@P 材料对细胞生长的支持能力稳定。

图4C：通过 H₂O₂ 诱导氧化损伤模型评估抗氧化能力，结果显示 CP0.2、CP1、CP2 对 H₂O₂ 有较强清除作用，说明水凝胶具备一定的 ROS 清除能力，有助于缓解氧化应激。

图4D：使用 LIVE/DEAD 染色评估不同处理组对 L929 细胞存活的影响。绿色代表活细胞，红色代表死亡细胞。图中可见 CP1 和 CP2 处理后细胞大多为绿色，进一步证明材料的生物安全性。

图4E：细胞骨架染色（F-actin），用 FITC-标记的鬼笔环肽（phalloidin）染色观察细胞骨架形态。结果显示 CP1 和 CP2 组细胞铺展良好、形态完整，说明材料有利于细胞附着和生长。

图4F：RAW264.7巨噬细胞经各处理组共培养48小时后的免疫荧光染色，标记：

• iNOS（绿色，M1型标志）、
• CD206（红色，M2型标志）、
• DAPI（蓝色，细胞核）。

🚴 CP1与CP2组中CD206表达增强、iNOS表达降低，提示巨噬细胞向抗炎型M2亚型极化。

图4G：qRT-PCR检测各组RAW264.7细胞中M1型（iNOS）与M2型（CD206、IL-4、IL-10）相关基因的表达，CP1和CP2显著下调iNOS，上调M2相关基因，进一步证实其免疫调节功能。

研究结果五

C@P 水凝胶在小鼠皮肤全层缺损模型中显著加速伤口愈合并调节免疫环境：👇

图5A：不同处理组（生理盐水、葛根素 PUE、壳聚糖 CS、CP1 水凝胶）在第 0、2、5、9、14 天的伤口外观照片，展示愈合进展。

图5B：每只小鼠的伤口轮廓追踪图，用于可视化愈合面积变化。

图5C：不同处理组在第 2、5、9、14 天的伤口闭合率定量分析。结果显示 CP1 组闭合速度最快，说明其加速愈合作用最明显。

图5D：HE（苏木精-伊红）染色图像，显示各组在第 14 天时伤口区域的组织结构。CP1 组表现出更完整的上皮形成和较少的炎症细胞。

图5E：免疫荧光染色检测再生组织中促炎标志物 iNOS（红色）和抗炎标志物 CD206（绿色）的表达，DAPI（蓝色）染核。CP1 组 iNOS 降低而 CD206 增强，说明其具有调控炎症、促进 M2 型巨噬细胞极化的作用。

图5F：在感染性伤口模型中拍摄各处理组（Control、PUE、CS、CP1）术后 0、2、5、9、14 天的伤口照片，评估 C@P 水凝胶在细菌负荷较高的环境下的修复能力。

图5G：绘制感染模型中每组创口轮廓变化图，观察愈合动态。

图5H：感染性创口中不同时点的闭合率统计，CP1 组同样表现出明显优势，说明其具有良好的抗菌和促愈合协同效果。

图5I：感染皮肤第2天金黄色葡萄球菌菌落照片，CP1 组同样表现出明显优势。

图5J：再生组织的免疫荧光染色，促炎标志物 iNOS（红色）和抗炎标志物 CD206（绿色）的表达，DAPI（蓝色）染核。CP1 组 iNOS 降低而CD206 增强，说明其具有调控炎症、促进 M2 型巨噬细胞极化的作用。

文章出处

Chen B, Zhang H, Qiu J, Wang S, Ouyang L, Qiao Y, Liu X. Mechanical Force Induced Self-Assembly of Chinese Herbal Hydrogel with Synergistic Effects of Antibacterial Activity and Immune Regulation for Wound Healing. Small. 2022 May;18(21):e2201766. doi: 10.1002/smll.202201766 . Epub 2022 May 1. PMID: 35491505.