季铵盐交联壳聚糖水凝胶用于级联酶催化调控皮肤损伤修复微环境.pdf

摘要

皮肤伤口愈合通常经历特定的修复阶段，敷料在此过程中发挥着重要作用。相对于

传统敷料纱布和绷带，新型的水凝胶敷料因其具有类天然细胞外基质的结构、良好的生

物相容性以及可调的结构和性能使得其成为了更为理想的选择。设计制备不依赖于抗生

素的具有内在多功能性的水凝胶伤口敷料对其临床应用具有重要意义。最近，温和的酶

促交联在制备生物医用水凝胶方面受到了广泛关注，其避免了传统交联较为苛刻的反应

条件和有毒的引发剂；同时，所得具有良好生物相容性的水凝胶可以将酶原位包埋并延

长酶催化活性，有利于后续酶催化调控伤口修复微环境。鉴于此，本论文仿生设计了两

种级联酶催化体系，并原位包埋到多功能水凝胶三维网络中用于调控皮肤伤口愈合微环

境，具体研究内容如下：

一、UOX-HRP级联酶促交联抗菌抗炎羧甲基壳聚糖水凝胶的制备及应用

利用尿酸氧化酶(UOX)-辣根过氧化物酶(HRP)级联酶催化交联体系制备了一系列多

功能羧甲基壳聚糖(CMCS)水凝胶(HQ)。首次将级联酶交联制备水凝胶伤口敷料与同时

利用原位负载酶促反应加速伤口愈合相结合。首先合成了接枝4-羟基苯甲醛(H)和5-甲

基糠醛(mF)的CMCS衍生物HCMCS-mF以及末端接枝马来酰亚胺(Mal)基团的季铵盐交

联剂QMal，然后将两种凝胶组分和级联酶催化体系简单混合即可制备目标水凝胶。mF

和Mal基团之间温和的Diels-Alder(DA)交联反应构建了第一重凝胶网络。同时，UOX

介导的尿酸氧化生成尿囊素和HO，后者与HRP一起催化苯酚氧化交联从而形成第二

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重凝胶网络。被原位包埋到水凝胶网络中的UOX保持了酶催化活性，并能持续催化尿

酸的氧化，产生具有治疗作用的尿囊素。这些多孔、可降解、机械稳定的水凝胶具有优

异的抗菌性，可以同时通过缓解氧化应激、减轻炎症、促进胶原沉积和上调CD31的表

达水平调控皮肤伤口修复微环境，从而加速愈合。

二、季铵盐交联负载SOD-CAT级联酶促体系水凝胶用于糖尿病伤口微环境调控

基于难以愈合的糖尿病伤口乏氧和易细菌感染的特点，将超氧化物歧化酶(SOD)-

过氧化氢酶(CAT)级联酶催化体系原位负载到季铵盐交联的羧甲基壳聚糖水凝胶(TPC)

中，级联酶催化体系可以利用伤口部位的ROS将超氧自由基和过氧化氢等转化为氧气，

从而有效改善糖尿病伤口的微环境。首先是3,4-二羟基苯甲醛(PA)和CMCS反应，CMCS

上的氨基和PA上的醛基通过Schiff碱反应将PA接枝到CMCS上，然后与末端含有苯

硼酸基团(PBA)的季铵盐交联剂TSPBA和级联酶催化体系相复合，PA中的邻二酚基团

和PBA通过硼酸酯交联从而形成水凝胶TPC。季铵盐基团增强了TPC抗菌性能，防止

细菌感染；原位负载的级联酶保留了催化活性；最后通过小鼠皮肤全层缺损模型证明了

TPC水凝胶可以加速糖尿病伤口愈合。

关键词：水凝胶，羧甲基壳聚糖，季铵盐，伤口敷料，级联酶

ABSTRACT

Skinwoundhealingusuallygoesthroughspecificstagesofrepair,anddressingsplayan

importantroleinthisprocess.Comparedwithtraditionaldressingsandbandages,newhydrogeldressings

areamoreidealchoicebecauseoftheirnaturalextracellularmatrixlikestructure,goodbiocompatibility

andadjustablestructureandperformance.Itisofgreatsignificancetodesignandpreparehydrogelwound

dressingswithintrinsicversatilityindependentofantibioticsfortheirclinicalapplications.Recently,mild