摘要：烧伤是日常生活中最常见的创伤之一，主要由过度摩擦、极端温度变化、化学物质、辐射或电击等因素引起。值得注意的是，皮肤烧伤创面（SBWs）伴随的多种病理特征会阻碍受损组织再生并延缓伤口愈合。由于损伤导致的皮肤细胞坏死，烧伤创面常伴随损伤部位快速炎症反应——这种反应

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烧伤是日常生活中最常见的创伤之一，主要由过度摩擦、极端温度变化、化学物质、辐射或电击等因素引起。值得注意的是，皮肤烧伤创面（SBWs）伴随的多种病理特征会阻碍受损组织再生并延缓伤口愈合。由于损伤导致的皮肤细胞坏死，烧伤创面常伴随损伤部位快速炎症反应——这种反应在降解坏死组织的同时激活促增殖信号活动。但高度烧伤的皮肤组织易陷入持续性炎症状态，将促进组织分解代谢从而阻碍愈合。同时，损伤导致的细胞组织破坏会严重削弱皮肤屏障功能，显著增加继发感染风险，甚至可能引发败血症和全身感染等严重后果。因此皮肤烧伤治疗仍面临愈合缓慢、并发症风险高的临床挑战，亟需开发能克服炎症性愈合障碍并预防细菌感染的新型治疗策略。

来自重庆大学的罗忠等团队研发了一种基于水凝胶的生物活性合成皮肤（HBSS），该材料由生物相容性成分构成，作为烧伤敷料既能介导局部释放硫化氢（H₂S）促进组织再生，又可预防细菌感染和过度炎症。研究首次将H₂S供体（N-苯甲酰巯基苯甲酰胺）与硫缩酮（TK）连接的多巴胺二聚体共组装形成纳米组装体（DDNs），再将其整合至希夫碱交联的透明质酸-羧甲基壳聚糖水凝胶中。烧伤创面酸性环境触发水凝胶降解释放DDNs，活性氧（ROS）诱导的TK连接体断裂进一步激活DDNs，以自消耗方式释放H₂S气体并缓解局部ROS应激，从而通过激活AMPK和RAS-MAPK-AP1促愈合通路促进血管生成与组织再生，同时经ERK1/2和NRF2信号通路实现巨噬细胞从M1向M2表型重编程。此外，水凝胶中的壳聚糖成分可抑制创面细菌定植防止感染。这些优势协同作用实现了烧伤创面的加速稳健愈合，为临床烧伤治疗提供了新策略。相关工作以题为“Hydrogel-Based Bioactive Synthetic Skin Stimulates Regenerative Gas Signaling and Eliminates Interfacial Pathogens to Promote Burn Wound Healing”的文章发表在2025年04月10日的期刊《ACS Nano》。

【DDNs的制备与表征】

本文通过核磁共振（NMR）对产物进行系统表征，证实有机组分合成成功。已知左旋多巴在碱性环境中可通过自由基氧化依赖的阳离子聚合形成纳米颗粒，而NSHD能通过氢键进一步整合至交联聚多巴胺（PDA）网络中，从而在溶液环境中通过自组装高效生成NSHD负载的DDNs。透射电镜（TEM）分析显示，所得DDNs具有均匀的球形形貌和高单分散性（图1A）。动态光散射（DLS）检测表明，NSHD的整合使纳米颗粒尺寸从200±5 nm轻微增加至220±7 nm，但未显著影响单分散性（图1B）。Zeta电位分析显示DDNs表面带负电（约-33.1 mV），与原始PDA纳米颗粒（约-31.2 mV）相当（图1C）。能量色散X射线光谱（EDS）结果证实硫信号均匀分布于纳米颗粒中，直接验证了NSHD成功负载至PDA基质（图1D）。通过紫外吸收法定量分析，最终纳米颗粒产物中NSHD负载率约为11.2%。上述数据共同证实了高均一性且NSHD负载稳定的DDNs的简易合成。

图1 HBSS的制备与表征

【HBSS的力学性能研究】

皮肤组织因人体运动持续承受机械应力，这对创面敷料的机械稳定性提出严峻挑战。本研究通过压缩性能和溶胀特性分析评估了HBSS的力学表现，这两项指标与其在烧伤创面环境中的稳定性密切相关。通过模拟创面渗出液浸泡实验观察水凝胶吸水性能发现：在氧化透明质酸（OHA）与羧甲基壳聚糖（CMC）最优配比3:1条件下，OHA-CMC水凝胶与HBSS的溶胀率分别达到278%和267%（图2A），这种特性既能有效引流创面过量渗出液，又可维持湿润环境。值得注意的是，该配比下水凝胶还表现出最高压缩强度（97.4 kPa），且HBSS的压缩强度与原始水凝胶保持相当水平（图2B），完全满足皮肤环境下的机械负荷需求。流变学测试进一步系统评估了水凝胶力学性能：在所有扫描频率下，OHA-CMC与HBSS样品的储能模量（G′）均显著高于损耗模量（G″），证实其作为烧伤水凝胶敷料的实用性（图2C）。此外，组织粘附实验显示HBSS与OHA-CMC水凝胶对小鼠器官及皮肤组织均表现出良好粘附强度，表明HBSS能有效稳定创面并促进愈合。综上，HBSS兼具高效引流创面渗出液与抵抗皮肤表面机械应力的双重优势，证实其作为烧伤治疗敷料的实用价值。

图2 HBSS的力学性能

【HBSS的体外生物相容性研究】

为评估HBSS在临床相关条件下的安全性，本文首先采用Transwell共培养系统（图3A），通过CCK-8法检测其对主要皮肤细胞群体的生物相容性。实验将水凝胶置于上室，细胞接种于下室，测试细胞系包括人脐静脉内皮细胞（HUVECs）、小鼠成纤维细胞（L929）和巨噬细胞（RAW 264.7）。值得注意的是，与HBSS共培养3天后，三类细胞活力均未出现明显下降（图3B、3C）。共聚焦显微镜（CLSM）对不同样本处理后细胞存活状态的观察结果与CCK-8检测高度一致（图3E），这直接证实了HBSS因选用生物相容性高分子材料而具备的无毒特性。本文进一步通过溶血实验评估HBSS的血液相容性：将样本与小鼠静脉血在体温条件下共孵育。长时间孵育后所有样本溶血率均低于5%，明确支持其对真皮血管受损的烧伤创面具有生物安全性。上述数据共同证实了HBSS作为创面敷料应用的细胞相容性优势。

图3 HBSS的体外生物相容性

【HBSS促进烧伤创面再生的体外机制研究】

基于硫化氢（H₂S）在促进内皮细胞（ECs）和成纤维细胞迁移增殖中的多重作用，本文深入探究了HBSS加速烧伤创面愈合的潜能。值得注意的是，烧伤微环境中的ECs和成纤维细胞常处于能量应激状态，导致其迁移增殖能力受损。最新研究表明，H₂S可通过增强皮肤相关细胞的糖酵解活性促进ATP生成，从而改善细胞功能。通过WSP-5荧光探针检测发现：与HBSS共培养后，L929细胞、HUVECs和RAW 264.7细胞内均呈现显著的H₂S荧光信号（图4A），证实HBSS具有高效递送H₂S的能力。采用ATP检测试剂盒分析显示，HBSS组HUVECs的ATP含量较对照组提升1.9倍。同步检测发现HBSS处理的ECs葡萄糖摄取量增加1.2倍，细胞外酸化率提升至对照组的128%，这些数据共同证实HBSS释放的H₂S能有效激活ECs糖酵解通路。

划痕实验进一步揭示：HBSS组HUVECs的相对迁移率显著提升约82%，远超PBS组、OHA-CMC水凝胶组、水凝胶-PDA纳米颗粒复合物（HPN）组及载药水凝胶（HN）组（40-50%）。得益于上述优势，HBSS处理的ECs形成更密集的管状网络（图4B），分支节点数（图4C）和毛细血管长度（图4D）均显著增加。Western blot分析显示，HBSS通过增强AMPK磷酸化并抑制下游TXNIP表达，进而上调GLUT1表达以促进葡萄糖摄取（图4E）。这些发现与H₂S的线粒体调控功能相符，证实HBSS通过原位释放H₂S发挥促血管生成作用。

图4 HBSS对SBW再生的体外作用

【HBSS的抗炎作用】

脊髓损伤部位过度存在的促炎性M1型巨噬细胞是导致炎症持续的关键因素。为探究HBSS治疗能否通过改变巨噬细胞表型逆转炎症状态，本文首先用LPS将RAW 264.7细胞诱导为M1表型并观察其变化。经LPS处理的细胞呈现椭圆形突触形态，且诱导型一氧化氮合酶（iNOS）显著上调，证实成功构建促炎性M1表型模型。而HBSS处理后的LPS诱导细胞则出现显著形态学改变：从阿米巴样变为梭形且伪足减少（图5A），同时M2型特征标志物CD206明显上调。免疫荧光显示HBSS组巨噬细胞iNOS表达降低而CD206表达增加（图5B）。定量分析表明，HBSS处理组iNOS水平较对照组降低70%，CD206水平升高8.5倍，流式细胞术结果进一步验证该结论。

基于表型转变，本文通过ELISA检测细胞因子分泌水平。LPS诱导显著抑制抗炎因子IL-4和IL-10分泌，同时促进促炎因子TNF-α和IL-1β释放，表明巨噬细胞促炎能力增强。而HBSS处理逆转了这一趋势：IL-4和IL-10分泌显著增加，IL-1β和TNF-α分泌减少（图5C-F）。该变化趋势与q-PCR检测的细胞因子mRNA水平结果一致。以上数据证实HBSS可将M1型巨噬细胞重编程为M2样表型，从而有效抑制过度炎症反应（图5G-J）。

图5 HBSS的抗炎效应

【HBSS对SBW的体内治疗效果研究】

通过建立小鼠背部1 cm²圆形感染性三度烧伤模型（图6A），系统评估了HBSS促进SBW愈合的疗效。创面渗出液细菌培养证实组织感染状态，成功构建感染性SBW模型。值得注意的是，HBSS治疗组在整个治疗期间显著缩小创面面积，治疗14天后仅残留微小结痂且无感染迹象（图6B）；而对照组和OHA-CMC组第14天仍存在明显创面渗出。定量分析显示HBSS组最终创面面积最小，较未治疗组减少35%（图6C）。通过H&E染色和Masson三色染色对治疗第7/14天的组织病理学分析显示：HBSS组在第7天即实现创面上皮覆盖率显著提升，并伴随毛囊部分再生（图6E）；至第14天创面几乎完全再生，上皮层完整重建。Masson染色证实HBSS组胶原沉积量优于其他各组，接近健康皮肤组织水平（图6F）。CD31/Ki67免疫荧光染色显示HBSS组毛细血管密度较对照组提升1.9倍（图7A-C），表明其成功重建创面血管系统。Western blot检测发现AMPK/AP1信号通路显著激活（图6D），与体外实验结果一致。主要脏器组织学检查未发现病理改变（图S22），再次验证HBSS的临床安全性。

图6 HBSS的体内SBW治疗效果

【HBSS介导的体内巨噬细胞重编程机制】

治疗7天后，对照组SBW组织呈现高iNOS、低CD206表达，提示持续炎症状态；而HBSS组使CD206表达提升1.92倍，同时降低iNOS水平62.14%（图7D-G），表明其能将巨噬细胞极化为抗炎M2表型。PCR检测显示HBSS显著下调TNF-α/IL-1β mRNA，同时恢复IL-4/IL-10至正常皮肤水平（图7H-K）。生化分析证实HBSS通过激活NRF-2/ERK1/2通路抑制过度炎症反应（图7L-O）。这些数据表明HBSS可通过调控巨噬细胞表型缓解慢性炎症，从而促进SBW愈合。

图7 HBSS介导的体内巨噬细胞重编程

【总结与展望】

综上所述，本文成功开发了一种基于相容性水凝胶材料的生物活性合成皮肤（HBSS），用于硫化氢（H₂S）介导的感染性烧伤创面（SBW）治疗。该HBSS系统能在创面形成人工屏障防止细菌感染，同时吸收过量渗出液以营造湿润的再生微环境。创面高活性氧（ROS）应激和酸性微环境可触发水凝胶基质中NSHD-多巴胺纳米组装体释放H₂S前体NSHD，实现H₂S的创面原位递送。释放的H₂S不仅能与游离多巴胺协同缓解ROS应激，还可激活AMPK、RAS-MAPK-AP1、MAPK-ERK1/2-p38及Nrf-2-HO-1等多条促愈通路，显著抑制创面过度炎症反应、促进皮肤细胞增殖迁移并加速血管新生，从而在感染性SBW小鼠模型中实现创面高效愈合。本研究为临床SBW治疗提供了创新性解决方案。

来源：EngineeringForLife一点号