基于魔芋葡甘聚糖和壳聚糖的水凝胶控制银离子从AgNPs释放治疗伤口感染

摘要：魔芋葡甘聚糖是一种生物相容性多糖，具有很高的药用潜力。在本研究中，我们使用优化的交联魔芋葡甘聚糖和壳聚糖制备了水凝胶。银纳米颗粒（AgNPs）被加入到水凝胶中以增强其抗菌性能。这种纳米复合水凝胶可以吸收伤口渗出液，因为它具有膨胀能力，并表现出自愈性，使结构稳定。此外，作为载体，水凝胶可以调节银离子的释放，从而降低AgNPs的细胞毒性。用大鼠感染性皮肤缺损模型评价伤口愈合情况。结果表明，AgNPs水凝胶敷料能促进创面愈合，减轻炎症反应，具有很大的临床应用潜力。

图1：应用的简图，该混合系统实现AgNPs和银离子的释放，并促进感染伤口愈合的原理图。

图2：水凝胶合成示意图。(A) OKGM和cmc水凝胶的合成示意图。(B)杂化水凝胶形成过程照片。

图3：OKGM-CMCS水凝胶的表征。(A)CMCS、OKGM、KGM、OKGM-CMCS水凝胶的FTIR光谱。(B)不同浓度(A)2.5%：2.5%、(B)2.5%：5%、(C)5%：2.5%和(D)5%：5%(Bar=100μm)的OKGM和CMCS水凝胶的微观结构。(C)不同质量比的OKGM和CMCS的孔径。(D)OKGM-CMCS水凝胶的溶胀率。(E)不同浓度比水凝胶的凝胶化时间。

图4：流变特性。频率相关(应变=1%)振荡剪切流变学，(A)AgNPs负载OKGM-CMCS水凝胶。(B)OKGM-CMCS水凝胶。随时间变化(应变=1%，频率=10Hz)的振荡剪切流变学，(C)AgNPs负载的OKGM-CMCS水凝胶。(D)OKGM-CMCS水凝胶。(E)不同浓度比的OKGM-CMCS水凝胶的强度

图5：水凝胶的自愈特性。(A)宏观自愈测试。应变幅度扫描试验，(B)AgNPs负载OKGM-CMCS水凝胶。(C)OKGM-CMCS水凝胶

图6：不同浓度的AgNPs释放的银离子浓度

图7：水凝胶的体外实验及细胞相容性。(A)金黄色葡萄球菌抑菌环(蓝色箭头)，左:OKGM-CMCS水凝胶，右:agnps负载OKGM-CMCS水凝胶。(B)处理后菌落形成(C)载agnps的KC-4水凝胶处理后菌落形成。(D)金黄色葡萄球菌菌落形成的数据比较。(E)大肠杆菌抑菌环(蓝色箭头)，左:OKGM-CMCS水凝胶，右:agnps负载的OKGM-CMCS水凝胶。(F) KC-4水凝胶处理后菌落形成。(G)载agnps的KC-4水凝胶处理后菌落形成。(H)大肠杆菌形成比较数据。(I)活/死实验示意图。(J)与水凝胶表面接触的成纤维细胞共培养72 h。(K)活细胞计数3天

图8：动物和组织学实验。（A）特定时间伤口收缩的数码照片。（B）伤口愈合率。（C）再生皮肤组织的H&E和Masson染色。（a）纱布，（b）纱布AgNPs，（c）OKGM-CMCS水凝胶，（d）OKGM-CMCS水凝胶AgNPs

图9：相对mRNA表达。（a）纱布，（b）纱布AgNPs，（c）OKGM-CMCS水凝胶，（d）OKGM-CMCS水凝胶AgNPs

结论：本研究中，我们证实了OKGM-CMCS水凝胶具有合适的溶胀率、力学性能和生物相容性，是一种良好的医用敷料。然而，由于Schiff碱反应消耗了CMCS氨基，简单水凝胶的抗菌性能降低了[36]。在敷料中添加AgNPs是恢复其抗菌性能的常规策略。然而，由于AgNPs的毒性，敷料的安全性尚不确定。以往的研究认为水凝胶是一种合适的AgNP载体，因为水凝胶可以防止细胞与AgNP的直接接触。我们的研究提供了一个新的证据，水凝胶可以减少银离子从AgNPs的释放，从而减少银离子造成的损伤。银离子连续低水平释放的现象表明agnps负载水凝胶具有良好的生物相容性。通过动物、细胞和细菌实验，我们展示了水凝胶的生物相容性和抗菌性能的具体证据，作为一种新型和安全的创面敷料，在未来的临床应用中具有巨大的前景。