口腔潰瘍的形成與口腔微環境的變化密切相關。當口腔黏膜受損后，免疫力下降，細菌的持續刺激容易導致傷口感染。傳統抗菌藥物對口腔黏膜病變效果不佳，因此，開發一種能夠有效促進口腔黏膜愈合且具有廣譜抗菌效果的材料顯得尤為重要。本文報道了一種具有抗菌和緩釋骨髓間充質干細胞的光響應水凝膠。這種水凝膠在黑暗條件下可以形成屏障，自然抑制細菌生長，防止外來細菌入侵，同時釋放的生長因子和其他物質具有抗炎和促血管生成的效果，能夠快速修復受損部位。在光照條件下，水凝膠會發生光誘導降解，釋放出具有抗菌效果的RuB2A2，從而實現抗菌和傷口修復的雙重功能。

相關成果以“ Promoting oral mucosal wound healing using a DCS-RuB2A2 hydrogel based on a photoreactive antibacterial and sustained release of BMSCs”為題發表在Bioactive Materials雜志上。

圖1. DCS-RuB2A2-BMSCs水凝膠的制備及應用示意圖

口腔環境與體表傷口不同，它始終處于黑暗、濕潤的環境中，且存在大量微生物。因此，口腔黏膜修復材料必須具備一定的黏附性和抗菌性，同時還要考慮材料的生物相容性、可降解性以及進入胃腸道后的安全性。光響應材料因其獨特的優勢，在材料科學中展現出巨大潛力。光可以作為外部刺激，通過光化學反應實現材料性能的調控，例如在組織工程、智能藥物遞送和診斷系統中實現時空精準控制。

1

一、光響應抗菌水凝膠的制備與特性

作者以殼聚糖為基礎，通過引入十二烷基醛基基團，合成了具有光響應性的水凝膠。通過掃描電子顯微鏡（SEM）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）等技術對水凝膠的微觀結構和化學結構進行了表征。結果表明，與普通殼聚糖相比，經過十二烷基修飾的殼聚糖（DCS）具有更多的孔隙，且其表面更加粗糙，這種結構有利于提高水凝膠的吸附性能。此外，通過改變十二烷基醛與殼聚糖的摩爾比，可以調節DCS的取代度，進而影響其性能。

圖2. DCS-Ru2BA2的性能表征及交聯機理探討

2

二、DCS 的凝血和止血特性

為了確定DCS- RuB2A2的止血特性，采用小鼠尾部止血模型。結果表明，隨著DCS中醛基取代度的增加，出血量和止血時間減少后逐漸增加，在取代度為0.4 DCS時止血效果最好。CS組形成血凝塊的時間約為400 s，而0.4 DCS組形成血凝塊的時間不超過100 s。此外， 0.4 DCS 對凝血的促進作用比 CS 強得多，并且 0.4 DCS 和 CS 之間的差異顯著。

圖3. DCS的凝血止血特性

3

三、體外抗菌性能與細胞相容性

作者對DCS-RuB2A2水凝膠的抗菌性能進行了測試。實驗結果表明，RuB2A2對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有顯著的抗菌效果，且隨著濃度的增加，抗菌能力逐漸增強。在0.125 mg/mL的濃度下，RuB2A2就能顯著抑制這兩種細菌的生長，同時對細胞活力的影響較小，因此被選為水凝膠中的抗菌成分。

圖4. 體外抗菌性能

在細胞相容性方面，作者使用了HEK 293T細胞進行實驗。結果表明，DCS和RuB2A2在一定濃度范圍內對細胞的毒性較小，具有良好的生物相容性。特別是0.4 DCS在48小時的培養后，細胞活力能夠恢復到接近100%，顯示出較好的細胞相容性。此外，通過Hoechst 33342和碘化丙啶（PI）染色實驗進一步觀察了細胞的存活情況，結果也證實了在低濃度下RuB2A2對細胞的毒性較低。

圖5. DCS-RuB2A2的細胞相容性

4

四、體內實驗與療效評估

為了評估DCS-RuB2A2-BMSCs水凝膠在口腔黏膜修復中的效果，作者構建了大鼠口腔黏膜缺損模型，并在傷口處應用了該水凝膠。實驗結果顯示，DCS-RuB2A2-BMSCs處理的傷口在4天內幾乎完全愈合，口腔黏膜得以修復，且愈合后的黏膜表面光滑。相比之下，對照組的傷口仍然存在明顯的口腔黏膜缺損。此外，通過檢測傷口組織中的炎癥因子（如IL-6和TNF-α）和血管生成標志物（如CD31）的表達水平，作者發現DCS-RuB2A2-BMSCs能夠顯著降低炎癥因子的水平，并促進血管生成，從而加速傷口愈合。

圖6. DCS-RuB2A2-BMSC的應用在大鼠模型中促進粘膜缺陷愈

5

總結

這項研究成功開發了一種基于光響應抗菌和BMSCs緩釋的水凝膠，用于口腔黏膜傷口的快速修復。采用聯吡啶釕交聯DCS構建了一種光響應抗菌體系，在黑暗條件下具有更大的儲能模量和孔隙率，適用于BMSC的呈遞和釋放。這種潮濕、柔軟的3D培養系統有利于傷口部位生長因子和細胞因子的釋放。在可見光的照射下，DCS-RuB2A2中的吡啶甲醛分離，RuB2/RuB2A2從凝膠網絡中脫落，并在DCS的長十二烷基鏈的幫助下錨定在細菌膜上，發揮局部殺菌作用。該體系具有良好的生物相容性和廣譜抗菌性能。未來，這種多功能光響應水凝膠有望在臨床上用于治療口腔黏膜疾病，為患者帶來福音。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.10.027

通訊作者簡介

趙春華，上海大學生命科學學院院長，2001年入選長江學者特聘教授、2001年獲批國家自然科學基金杰出青年基金項目。擔任《Stem cells and development 》亞太區主編，中國解剖學會副理事長，International Society on Aging and Disease(第四屆國際衰老和疾病協會)主席，歐洲科學、藝術與人文學院院士。主要從事干細胞生物學、組織工程和再生醫學的研究。他在干細胞治療、生物材料與干細胞相互作用以及新型生物材料的開發方面具有豐富的經驗。在本研究中，他主要負責干細胞相關實驗的設計和指導，以及對研究的整體方向和科學問題的把控。

來源：科研人說