每年有數(shù)以百萬計(jì)的嚴(yán)重傷口需要緊急處理，這些傷口可能源于疾病、創(chuàng)傷或外科手術(shù)。近年來，使用生物膠進(jìn)行無縫合傷口閉合已經(jīng)顯示出其在減少疼痛、最小化疤痕和提高便利性方面的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的縫合和訂書釘相比，更易于被接受。盡管多種生物膠已經(jīng)被開發(fā)用于傷口愈合，如纖維蛋白膠、氰基丙烯酸酯膠和其他蛋白膠，但它們?cè)谡掣綇?qiáng)度、穩(wěn)定性以及對(duì)復(fù)雜生理微環(huán)境的適應(yīng)性方面存在限制，如對(duì)pH、酶、鹽和細(xì)菌的敏感性。

天然多酚作為生物膠粘劑的關(guān)鍵單元，它們?cè)谥参锖吞崛∥镏刑烊淮嬖冢⑶夷軌蛲ㄟ^與氨基酸、金屬離子和其他單元的各種相互作用來增強(qiáng)生物膠粘劑在內(nèi)部微環(huán)境中的粘附強(qiáng)度和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的多酚類生物膠粘劑通常使用紫外線(UV)光來促進(jìn)水凝膠的形成，雖然這可以實(shí)現(xiàn)快速止血和傷口修復(fù)，但UV光在安全性、可用性以及在內(nèi)部微環(huán)境中的粘附能力和組織穿透深度方面存在挑戰(zhàn)。為了克服這些限制，研究者尋求設(shè)計(jì)新型的生物膠粘劑。

針對(duì)上述問題，四川大學(xué)陳顯春團(tuán)隊(duì)利用可見光（而非紫外線）觸發(fā)的聚合反應(yīng)和溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變來制備生物膠，以減少對(duì)細(xì)胞和組織的潛在損害，并提高其在內(nèi)部微環(huán)境中的粘附能力和組織穿透深度。成功地通過多酚-丙烯酰胺-釕(PARC)交聯(lián)反應(yīng)制備了一系列強(qiáng)大的生物膠粘劑，包括丙烯酰胺的自由基聚合、多酚(提取物)的偶聯(lián)反應(yīng)和釕介導(dǎo)的光化學(xué)過程。這些生物膠粘劑在可見光照射下能夠快速凝膠化，并且在短時(shí)間內(nèi)展現(xiàn)出對(duì)各種生物組織的粘附性能。此外，這些生物膠粘劑在口腔環(huán)境中對(duì)粘膜組織顯示出高粘附強(qiáng)度和穩(wěn)定性，有效地促進(jìn)了大鼠和豬的口腔粘膜傷口愈合。研究者們期望這類新型的可見光響應(yīng)型多酚生物膠粘劑能夠成為解決臨床上口腔粘膜缺陷的有力工具，并為傳統(tǒng)治療口腔粘膜疾病提供有前景的替代方案。該文章于2024年07月23日以《Visible Light-Responsive Polyphenolic Bio-Glues for Oral Mucosal Wound Healing》為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202408462）。

（1）生物膠的制備及快速凝膠化

通過一鍋法反應(yīng)合成了生物膠，使用原料包括天然多酚（提取物）、丙烯酰胺（AAm）、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）和APS/Ru（II）。這些制備好的生物膠會(huì)在可見光照射下通過高效的PARC反應(yīng)迅速凝膠化和即時(shí)粘合，包括AAm的自由基聚合、多酚（提取物）的偶聯(lián)反應(yīng)以及釕介導(dǎo)的光化學(xué)（圖1a）。基于不同的AAm和天然多酚（提取物）在可見光介導(dǎo)的制備過程中對(duì)生物膠的凝膠點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)檢查。從圖1b可以看出，當(dāng)不同的多酚與AAm一起使用時(shí)，可以在短至5-60秒的時(shí)間內(nèi)迅速完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。因?yàn)镋GCG多酚（19.4秒）和PGP提取物（5.3秒）比其他天然多酚和提取物的凝膠時(shí)間更短，所以選擇它們作為模型分子與其他AAm反應(yīng)進(jìn)行更詳細(xì)的研究。圖1c展示了PAAm、PAAm-EGCG和PAAm-PGP基生物膠在可見光照射下迅速凝膠化的過程。將之前工作中復(fù)雜微環(huán)境（例如，口腔）中的生物粘合劑的凝膠化時(shí)間總結(jié)并比較（圖1d），證實(shí)本研究的生物膠凝膠化時(shí)間更短（約5秒）。

從圖1e中可以發(fā)現(xiàn)，用不同多酚制備的生物膠在可見光照射后可以形成固定形狀。此外，圖1f的動(dòng)態(tài)流變分析表明，生物膠的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量（G'）超過了損耗模量（G''），證實(shí)了溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）對(duì)生物膠在可見光照射后的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。圖1g顯示了生物膠中AAm的特征N-H峰和多酚（提取物）的特征O-H峰，圖1h的XPS光譜確認(rèn)了生物膠中含有C、O、N、S、Cl和Ru元素。

為了驗(yàn)證可見光和紫外光誘導(dǎo)的凝膠化行為，研究者評(píng)估了有無豬皮（約3mm）覆蓋的生物膠在365nm和450nm光照射下的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。從圖1i可以看出，450nm光能促使有或無豬皮覆蓋的生物膠形成水凝膠，而365nm光則不能。值得注意的是，圖1j顯示，450nm光照射后，無論有無豬皮覆蓋，PAAm-PGP生物膠的凝膠化時(shí)間都幾乎相同，這可以為這些可見光誘導(dǎo)的生物膠的內(nèi)部傷口愈合提供策略。然后，評(píng)估了有無豬皮覆蓋的生物膠在365nm和450nm光照射下的組織粘附。圖1k顯示，450nm光照射后，PAAm-PGP生物膠的粘附強(qiáng)度比PAAm-EGCG更強(qiáng)，這歸因于生物膠中不同類型多酚的存在。此外，如圖1l將PAAm-PGP生物膠注入大鼠皮下組織，可以觀察到450nm光照射后，PAAm-PGP生物膠能在大鼠皮下組織中形成凝膠。這些結(jié)果表明，新制備的生物膠在可見光下具有快速凝膠化的能力，且具有良好的粘附性能和組織相容性，適合在濕潤的口腔環(huán)境中使用。

圖1. 生物膠的制備及快速凝膠化。（a）制備可見光響應(yīng)生物膠及其快速釕光化學(xué)過程的示意圖；（b）生物膠的膠凝點(diǎn)；（c）PAAm-PGP生物膠在可見光照射約5秒后的凝膠化過程的光學(xué)圖像；（d）該實(shí)驗(yàn)的膠凝點(diǎn)與其他實(shí)驗(yàn)的比較；（e）含有不同多酚（提取物）的PAAm生物膠在可見光照射后的光學(xué)圖像；（f）可見光照射后生物膠在不同時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量（G′）和損耗模量（G″）；（g）可見光照射后生物膠的FTIR光譜；（h）可見光照射后生物膠XPS光譜中的C 1s峰；（i）豬皮覆蓋的365 nm和450 nm光觸發(fā)PAAm-PGP生物膠凝膠行為的光學(xué)圖像；（j）365 nm和450 nm光觸發(fā)的PAAm-PGP生物膠在有無豬皮覆蓋情況下的凝膠行為的凝膠時(shí)間；（k）365 nm和450 nm光照射后生物膠的組織粘合強(qiáng)度；（l）365 nm和450 nm光照射后，PAAm-PGP生物膠在大鼠皮下組織下形成凝膠

（2）生物膠的強(qiáng)大粘合能力

為了探討生物膠的強(qiáng)粘附能力，研究者發(fā)現(xiàn)天然多酚（提取物）作為交聯(lián)劑，可以在生物膠中形成多樣的相互作用，如氫鍵和靜電相互作用，從而顯著增強(qiáng)了生物膠的粘附強(qiáng)度。圖2a展示了生物膠與組織之間的粘附機(jī)制，揭示了多酚與組織表面之間的多重相互作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過可見光照射的生物膠具有出色的粘附強(qiáng)度，如圖2b所示。PAAm-PGP生物膠在可見光照射后能迅速粘附于不同切割的組織，如圖2c所示。此外，圖2d和圖2e展示了生物膠在濕環(huán)境下的粘附性能和在不同溶劑中的穩(wěn)定性。圖2f進(jìn)一步證實(shí)了生物膠在模擬胃穿孔情況下的修復(fù)能力。圖2g-i體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示，證明了生物膠在大鼠模型中止血效果顯著，并能牢固粘附于濕潤組織。最后，圖2j展示了PAAm-PGP生物膠在大鼠受損的肝臟和心臟上的應(yīng)用效果，證實(shí)了其在體內(nèi)環(huán)境中的粘附性能。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了生物膠在臨床應(yīng)用中作為組織粘合劑的潛力。

圖2. 生物膠的強(qiáng)大粘合能力。（a）生物膠的粘附機(jī)制及其與組織之間的多重相互作用；（b）可見光照射后生物膠的粘合強(qiáng)度；（c）可見光照射后PAAm-PGP生物膠對(duì)各種組織的粘附性能；（d）PAAm-PGP生物膠與豬皮浸泡不同溶劑48小時(shí)后的濕粘附性能的光學(xué)圖像；（e）可見光照射后生物膠在不同溶劑中的溶脹比；（f）可見光照射后生物膠用于胃穿孔修復(fù)的光學(xué)圖像（比例尺：8 mm）；（g）不同處理后傷口失血的光學(xué)圖像；通過記錄失血量（h）和止血時(shí)間（i）進(jìn)行生物膠的體內(nèi)粘附評(píng)估；（j）可見光照射后，PAAm-PGP生物膠在大鼠切割肝臟和心臟上的體內(nèi)粘附性能

（3）生物膠的多功能特性

進(jìn)一步對(duì)生物膠的多功能性進(jìn)行探討，包括其生物相容性、抗氧化性和抗菌性能。圖3a展示了NIH 3T3細(xì)胞在與PAAm-PGP生物膠共培養(yǎng)24小時(shí)后的活/死染色圖像，結(jié)果顯示細(xì)胞存活率較高，證明生物膠具有良好的細(xì)胞相容性。通過Alamar藍(lán)實(shí)驗(yàn)和活/死染色，圖3b進(jìn)一步證實(shí)了生物膠處理的細(xì)胞保持約90%的活性，表明其對(duì)細(xì)胞無毒性。通過在小鼠皮下注射PAAm-PGP生物膠對(duì)生物相容性進(jìn)行評(píng)估，如圖3c所示，生物膠在體內(nèi)展現(xiàn)出適宜的降解率和最小的炎癥反應(yīng)。免疫組化分析，如圖3d，揭示了PAAm-PGP生物膠處理的傷口組織在第5天與對(duì)照組相比，顯示出相似的上皮組織結(jié)構(gòu)和較低的炎癥因子IL-6表達(dá)，進(jìn)一步確認(rèn)了其生物相容性。

在抗氧化性能測(cè)試中，圖3e顯示，經(jīng)不同濃度H?O?處理并用生物膠處理24小時(shí)后的細(xì)胞活性，生物膠能顯著提高細(xì)胞在氧化應(yīng)激條件下的存活率。圖3f和3g的DCFH-DA染色圖像和熒光強(qiáng)度分析顯示，PAAm-EGCG和PAAm-PGP生物膠能顯著降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平，表明它們具有優(yōu)異的抗氧化能力。此外，圖3h的MDA水平測(cè)試結(jié)果表明，這些生物膠能有效減少氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞損傷。

在抗菌活性測(cè)試中，圖3j的ZOI圖像顯示，PAAm、PAAm-EGCG和PAAm-PGP生物膠在可見光照射后均表現(xiàn)出抗菌能力，其中PAAm-PGP生物膠的抗菌效果尤為顯著。圖3k和3l的熒光和SEM圖像進(jìn)一步證實(shí)了這些生物膠對(duì)大腸桿菌的抗菌效果，顯示出細(xì)菌細(xì)胞的損傷。圖3m-n的抗菌活性測(cè)試結(jié)果表明，PAAm-EGCG和PAAm-PGP生物膠對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有較高的抗菌效率。

圖3. 生物膠的多功能特性。（a）PAAm-PGP生物膠（1 mg mL?1）孵育24小時(shí)后NIH 3T3細(xì)胞的活/死染色圖像（比例尺：200 μm）；（b）不同生物膠孵育24小時(shí)后NIH 3T3細(xì)胞的細(xì)胞活力；（c）示意圖描繪了皮下注射PAAm-PGP生物膠的生物降解性以及第0天和第5天背部皮下空間的傷口區(qū)域（比例尺：10 mm）；（d）5天后皮下組織的H&E染色和IL-6免疫組化染色（比例尺：200 μm）；（e）與不同H?O?濃度孵育并用生物膠（5 mg mL?1）處理24小時(shí)后的細(xì)胞活力；（f）NIH 3T3細(xì)胞中熒光探針DCFH-DA的ROS染色（比例尺：200 μm）；（g）通過ImageJ計(jì)算各組ROS染色對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度；（h）用不同水凝膠處理后NIH 3T3細(xì)胞的丙二醛（MDA）水平。NC：未進(jìn)行任何處理的陰性對(duì)照組；PC：陽性對(duì)照組/用100 μM H?O?處理的組；（i）在口腔環(huán)境中應(yīng)用生物膠進(jìn)行抗菌測(cè)試的示意圖；（j）抑菌圈（ZOI）圖像；（k）熒光圖像（比例尺：20 μm）；（l）分別用對(duì)照組、PAAm、PAAm-EGCG、PAAm-PGP處理后大腸桿菌的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（比例尺：2 μm）；（m）PAAm、PAAm-EGCG、PAAm-PGP組對(duì)大腸桿菌的抗菌活性；（n）PAAm、PAAm-EGCG、PAAm-PGP組對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌活性

（4）口腔環(huán)境中的組織粘附

生物膠在模擬口腔環(huán)境中的組織粘附能力得到了全面評(píng)估。通過一系列實(shí)驗(yàn)，如圖4所示，生物膠不僅在可見光照射后能夠快速粘附于豬皮，而且在人工唾液中浸泡后仍能保持穩(wěn)定，顯示出較低的膨脹比率和良好的完整性。PAAm-PGP水凝膠的拉伸和壓縮強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明，其具備出色的機(jī)械性能，非常適合動(dòng)態(tài)和復(fù)雜的口腔環(huán)境。此外，圖4c中生物膠在模擬口腔環(huán)境中的最大拉伸力（Fmax）測(cè)試進(jìn)一步證實(shí)了其在模擬口腔環(huán)境中的粘附強(qiáng)度。生物膠在大鼠舌頭上的粘附測(cè)試結(jié)果，如圖4d、e所示，表明生物膠能夠在濕潤的舌面上形成穩(wěn)定的粘附層，并能夠抵抗舌頭的反復(fù)伸縮運(yùn)動(dòng)。通過體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)觀察，如圖4f所示，生物膠與組織結(jié)合后的界面顯示出良好的整合性，沒有明顯的分層現(xiàn)象。這些結(jié)果表明，生物膠在口腔環(huán)境中具有優(yōu)異的組織粘附能力，為后續(xù)的粘膜燙傷愈合實(shí)驗(yàn)提供了支持。圖4h展示了生物膠在口腔環(huán)境中粘附的代表性光學(xué)圖像，證明了其在模擬口腔環(huán)境中的粘附持久性。圖4i通過免疫組化染色展示了生物膠在口腔環(huán)境中粘附3天后與組織結(jié)合的情況，進(jìn)一步證實(shí)了其在口腔環(huán)境中的穩(wěn)定性和生物相容性。

圖4. 口腔環(huán)境中的組織粘附。（a）生物膠在口腔環(huán)境中用于粘附測(cè)試的示意圖；（b）空氣和口腔環(huán)境中濕組織粘附特性的光學(xué)圖像；（c）PAAm-PGP生物膠在PBS和口腔環(huán)境中的最大粘附力（Fmax）；（d）PAAm-PGP生物膠粘附在體外濕大鼠舌頭表面，隨著舌頭運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出優(yōu)異的粘附力；（e）PAAm-PGP生物膠粘附在體內(nèi)濕大鼠舌頭表面；（f）PAAm-PGP生物膠與大鼠舌組織融合的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像（比例尺：300 μm和100 μm）和顯微鏡圖像（比例尺：100 μm和50 μm）；（g）生物膠在體內(nèi)應(yīng)用用于組織粘合和傷口愈合的示意圖；（h）大鼠體內(nèi)口腔環(huán)境生物粘附的代表性光學(xué)圖像（比例尺：5 mm）；（i）3天后針對(duì)大鼠PAAm-PGP生物膠細(xì)胞角蛋白的代表性免疫組織化學(xué)染色（黑色虛線表示邊界，比例尺：400 μm和200 μm）

（5）用于大鼠粘膜燙傷傷口愈合的生物膠

通過在大鼠粘膜燙傷模型中的實(shí)驗(yàn)，生物膠處理的傷口在第3天、第5天和第7天的觀察中，均顯示出比商業(yè)藥物和未處理對(duì)照組更快更好的愈合性能。此外，生物膠在口腔環(huán)境中的粘附時(shí)間超過3天，并且在第5天和第7天時(shí)能夠完全降解，這有助于大鼠粘膜燙傷傷口的修復(fù)。圖5a提供了生物膠用于大鼠粘膜燙傷傷口愈合的實(shí)驗(yàn)設(shè)置示意圖，而圖5b的照片系列顯示了不同時(shí)間點(diǎn)的傷口愈合過程。通過模擬圖像（圖5c）和傷口面積的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（圖5d），可以明顯看到生物膠處理組的傷口愈合速度優(yōu)于其他組。同時(shí)，大鼠體重的監(jiān)測(cè)（圖5e）也表明生物膠有助于促進(jìn)大鼠的正常進(jìn)食和生長，進(jìn)一步證明了生物膠在粘膜燙傷愈合中的有效性。

圖5. 用于大鼠粘膜燙傷傷口愈合的生物膠。（a）生物膠用于大鼠粘膜燙傷傷口愈合的示意圖；（b）所有組在第0天、第1天、第3天、第5天和第7天時(shí)傷口區(qū)域的代表性照片（比例尺：2 mm）；（c）不同治療后相應(yīng)傷口區(qū)域的模擬圖像；（d）不同處理后對(duì)應(yīng)的傷口面積統(tǒng)計(jì)；（e）不同處理后相應(yīng)的大鼠體重統(tǒng)計(jì)

圖6的組織學(xué)切片分析進(jìn)一步證實(shí)了生物膠處理的傷口在第7天時(shí)顯示出更完整和規(guī)則的上皮組織，以及更低的炎癥因子TNF-α和IL-6的表達(dá)水平，這表明生物膠具有顯著的抗炎效果。此外，通過DHE染色展示的ROS水平（圖6d）表明，生物膠能夠減少愈合過程中的氧化應(yīng)激。

圖6. 粘膜燙傷創(chuàng)面組織的組織學(xué)切片。（a）治療7天后的代表性組織學(xué)H&E染色、Masson三色染色、CD31、TNF-α、IL-6染色（比例尺：200 μm）；（b）不同時(shí)間段、不同治療后的相對(duì)傷口距離；（c）TNF-α表達(dá)的炎癥細(xì)胞因子水平的計(jì)算分析；（d）ROS指標(biāo)DHE水平的計(jì)算分析

（5）用于豬粘膜燙傷傷口愈合的生物膠

在豬粘膜燙傷模型上進(jìn)一步測(cè)試了生物膠的性能，以模擬接近人類口腔環(huán)境的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性。圖7a展示了生物膠用于豬粘膜燙傷傷口愈合的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，而圖7b的照片系列顯示了不同時(shí)間點(diǎn)的傷口愈合過程。生物膠處理的傷口在第1天、第3天和第5天的觀察中顯示出比商業(yè)藥物和未處理對(duì)照組更快的愈合速度和更好的愈合效果。圖7c-e中的愈合率數(shù)據(jù)顯示，在所有觀察時(shí)間點(diǎn)，生物膠處理組的傷口愈合率均高于對(duì)照組，這表明生物膠顯著提高了傷口愈合的效率。生物膠在可見光照射下能夠快速粘附于豬的粘膜燙傷傷口，并且在口腔環(huán)境中保持適當(dāng)?shù)慕到馑俾剩@證明了生物膠在濕潤和動(dòng)態(tài)變化的口腔環(huán)境中具有優(yōu)異的粘附和保持能力。

圖7. 豬粘膜燙傷創(chuàng)面愈合用生物膠。（a）生物膠用于豬粘膜燙傷傷口愈合的示意圖；（b）所有組在第0天、第1天、第3天和第5天傷口區(qū)域的代表性照片（比例尺：2 mm；箭頭表示豬標(biāo)準(zhǔn)飼喂1天后在可見光照射下殘留的生物膠）；（c）第1天、（d）第3天、（e）第5天豬粘膜燙傷傷口愈合率

「研究小結(jié)」

該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)一種新型可見光響應(yīng)型多酚類生物膠，通過聚酚-丙烯酰胺-釕(PARC)交聯(lián)反應(yīng)制備，具有快速凝膠化和強(qiáng)粘附力，能在濕潤環(huán)境中穩(wěn)定粘附于口腔粘膜。該生物膠具有快速溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變和快速粘合行為，可以快速粘合到各種內(nèi)部生物組織。此外，該生物膠展現(xiàn)出良好的生物相容性、抗氧化和抗菌性能，有效促進(jìn)了大鼠和豬的口腔粘膜傷口愈合。

與傳統(tǒng)紫外線觸發(fā)的生物膠相比，使用可見光提高了治療的安全性。這項(xiàng)研究可以為潮濕和生理微環(huán)境中的組織粘附和修復(fù)提供新的機(jī)會(huì)，并說明臨床上針對(duì)口腔粘膜缺陷的潛在治療策略，這可能是口腔粘膜疾病傳統(tǒng)治療的替代方法。

https://doi.org/10.1002/adfm.202408462

來源：創(chuàng)賽科研