摘要
目的:
肌肉与皮肤复合损伤是交通事故、工业事故等创伤的主要后果,由于组织异质性高和氧化应激微环境复杂,其修复过程常伴随愈合延迟和功能恢复不良。针对现有敷料缺乏动态监测与协同治疗功能的不足,本研究基于仿生设计与纳米技术,开发了一种负载脂质体-钨纳米颗粒(Lip@LW)的智能响应型聚乙烯醇(PVA)/淀粉复合水凝胶(PSLL),旨在通过整合抗氧化治疗、细胞迁移调控与伤口敷料的可视化监测,实现复杂肌肉皮肤损伤的高效修复与精准管理。
方法:
采用超声-旋蒸法将抗氧化剂没食子酸月桂脂包封于磷脂双分子层中,继而与磷钨酸发生氧化还原反应,制备出具有W⁵⁺/W⁶⁺动态价态转换特性的Lip@LW。随后,通过冻融交联法将Lip@LW嵌入淀粉/PVA三维网络中,构建PSLL水凝胶。利用透射电镜、流变仪等手段表征材料结构与力学性能,建立H₂O₂氧化模型评估ROS清除效率及监测功能;同时,通过成肌细胞划痕实验和DCFH探针检测细胞迁移能力与胞内ROS水平变化,并在大鼠复合损伤模型中实时追踪水凝胶颜色和电导率的双模态动态信号,通过组织学分析验证其抗氧化及修复协同效应。
结果:
力学测试显示,PSLL水凝胶的抗压强度与拉伸强度较对照组分别提高102.7%和55.9%,溶胀与降解速率分析进一步证明其三维网络结构稳定性。流变学检测表明,随着Lip@LW含量的增加,PSLL水凝胶的储存模量高于损耗模量,显示出其增强的分子间交联密度和优越的力学性能。在氧化应激条件下,水凝胶通过W⁵⁺向W⁶⁺的价态转换实现了高效清除ROS,伴随颜色由深绿色转为无色、电导率呈线性上升,构建了颜色与电导率双模态的实时监测系统。
细胞实验结果表明,PSLL水凝胶具有良好的生物相容性,并显著促进成肌细胞迁移;DCFH荧光检测显示,PSLL组胞内ROS水平较对照组降低53.2%,表明其通过清除胞外ROS有效阻断了氧化应激级联反应。
动物实验显示,PSLL水凝胶通过颜色由深绿转为无色和电导率持续上升,实现了创面氧化应激状态的实时监测,并显著提高大鼠创面愈合率。组织学分析表明,PSLL组新生肌纤维排列紧密有序、占比显著提高,同时材料表现出良好的血液相容性和细胞生物安全性,展现出卓越的促愈合效果。
结论:
本研究构建了一种兼具力学适配、动态监测与协同治疗功能的新型复合水凝胶。其通过“纳米颗粒价态转换—细胞迁移调控—微环境稳态重塑”的多级联机制实现皮肤与肌肉损伤的修复,并借助比色和电导率信号反馈实现双模态伤口愈合情况及敷料使用寿命的实时监测,突破了传统敷料单一功能的局限,为复杂肌肉损伤的个性化治疗提供了全新解决方案。
