李一飞、洪工画、郭俊凌ACS Nano：多酚基仿生化智能药物递送系统实现高效组织修复
点击数：502025-05-07 00:00:00 来源: 四川大学 皮革化学与工程教育部重点实验室
皮肤是人体最大的器官，是机体外重要的屏障，不仅可以抵御外部环境的伤害，还能维持内环境的稳态。然而，由于皮肤长期暴露在外，非常容易受到外环境的影响而发生损害，导致深度组织损伤并极易引发感染。皮肤愈合包括止血、炎症、增殖和重塑四个阶段，开放性创面难以迅速止血，易受病原微生物侵染，诱导活性氧（ROS）持续释放，延长炎症反应，最终阻碍正常修复。传统纱布、海绵和绷带等敷料虽可提供一定的物理防护，但缺乏精准调控创面微环境的能力，无法实现有效调控药物释放、清除活性氧以及提供持续抗菌的作用，难以促进后期血管生成及M2型巨噬细胞合理极化，易导致深层创面形成纤维化瘢痕。此外，传统敷料生物相容性、渗液吸收和保湿性能不足，可能延长炎症期，造成胶原蛋白和细胞外基质异常沉积，诱发肥厚性瘢痕，并损害毛囊、汗腺和皮脂腺等再生。因此，亟需开发新一代智能敷料，全面优化创面微环境，精准调控愈合过程，防止感染，促进组织的高效修复与再生。
相比于空白组和传统敷料（Tegaderm™）治疗组，水凝胶治疗组在创面愈合过程中展现出卓越的调节能力。实验结果表明，该组创面部位IL-6和TNF-α的表达水平显著降低，而IL-10的表达显著上调，表明水凝胶能够有效缓解局部炎症，营造更有利于组织修复的微环境。此外，水凝胶治疗组显著提高了VEGF和HIF-1α的表达水平，增强了血管新生能力，为受损组织提供充足的氧气与营养，进一步加速创面修复。同时，该组α-SMA的表达水平明显上升，而p-p65/p65的表达显著降低，表明水凝胶不仅促进血管生成，还通过抑制炎症相关信号通路，优化了组织修复过程，确保创面修复的稳定性与高效性。综上所述，所制备的智能水凝胶敷料能够通过协同调控炎症反应、组织重塑、新生血管生成及细胞增殖 等关键生物过程，实现精准、高效的创面修复。凭借卓越的抗炎和促血管生成功能，该水凝胶敷料展现出显著的治疗潜力，为下一代高效创面修复策略提供了创新性的解决方案。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：Starfish-Inspired Synergistic Reinforced Hydrogel Wound Dressing: Dual Responsiveness and Enhanced Bioactive Compound Delivery for Advanced Skin Regeneration and ManagementGonghua Hong, Jiawen Li, Wenqi Wei, Yue Wu, Lei Li, Yubao Chen, Delong Xie, Qing Qu, Orlando J. Rojas, Guangzhi Hu, Yifei Li, Junling GuoACS Nano, 2025, 19, 10180-10198. DOI: 10.1021/acsnano.4c17291
作者简介
洪工画，就职于四川大学郭俊凌教授课题组（皮革化学与工程教育部重点实验室副主任），博士毕业于北京林业大学/芬兰阿尔托大学（师从芬兰科学院院士/加拿大国家首席科学家Orlando J. Rojas教授）。主要致力于植物多酚基胶体多相体系界面吸附与组装行为的研究，聚焦于其在纳米医学及能源等领域应用，在ACS Nano、Matter、Chem. Eng. J.、J. Clean. Prod.、Carbohydr. Polym.等期刊共发表论文20余篇，申请及授权发明专利8项。以项目负责人主持中国博士后科学基金第72批面上资助项目。作为指导教师指导学生参加创新创业大赛，并获得国家级立项，指导学生参加“互联网+”大学生创新创业大赛并获得省级铜奖。参与国家及省部级自然科学基金2项，欧盟卓越自然科学基金（BioELCell）1项。
李一飞，国家“万人计划”青年拔尖人才，四川大学儿科学教授/研究员，博士研究生导师，四川大学华西第二医院西部妇幼研究院独立PI，四川省高层次人才，四川大学双百人才入选者。长期从事胎儿及儿童心血管疾病临床及科研工作，针对儿童线粒体与心肌疾病、遗传性心血管疾病基因治疗等方面取得了重要研究突破。中华医学会儿科学分会心血管学组青年委员，中国生物物理学会钙信号调控专委会委员，四川省细胞生物学会常务理事，四川省医学会儿科学分会心血管学组委员，四川省医学会儿科学分会罕见病学组委员。主持三项国家自然科学基金、两项国家科技重点研发计划子课题及多项四川省科技支撑计划。目前累计在Circulation（2016）、Circulation Research（2018/2020）、Signal Transduction and Targeted Therapy （2022/2024）、Advanced Science（2024）、Redox Biology（2022）、Theranostics（2022/2024）、Bioactive Materials（2024）、Materials Horizons（2024）、ACS NANO （2025）等SCI杂志发表SCI论文150余篇，总引用次数超过2500次，H指数23，任多本SCI期刊编委。获得教育部科技进步二等奖，四川省医学会科技进步一等奖。(联系方式：liyfwcsh@scu.edu.cn)。
郭俊凌，国家级人才计划入选者，皮革化学与工程教育部重点实验室常务副主任，四川大学教授，博士生导师，任教育部重大奖项/人才评委专家、全国学科评估专家、成都市委统战部“欧美同学会”副秘书长、新材料专委会部长、成都市工商联（总商会）专委会专家等。以项目或课题负责人承担国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、四川省重点研发计划等，获得四川“天府峨眉”领军人才，苏州市/高新区领军人才，成都市“蓉漂计划”领军人才，成都市高新区“产业教授”等。曾毕业于四川大学轻工学院（石碧院士、廖学品教授）、墨尔本大学（英国皇家学会院士、澳大利亚科学院院士Frank Caruso），哈佛大学（美国工程院院士、美国医学院院士Samir Mitragotri）。主要围绕植物多酚高值转化与跨领域应用研究，发展了吸附分离体系、药物精准递送体系、细胞工程化体系，共发表论文220余篇，其中以第一/通讯作者发表在Science、Nature、Cell等国际顶级期刊的正刊（Science 2018）和子刊（Sci. Adv. 2021、Nat. Nanotechnol. 2016, 2025、Nat. Commun. 2022、Cell Biomater. 2025、Matter 2023, 2025等），A类顶刊（Angew. Chem. 2014, 2019, 2023, 2024; Chem. Soc. Rev. 2022; Chem. Sci. 2025, 2025; Adv. Mater. 2013, 2020, 2023; Appl. Phys. Rev. 2022; Energy Environ. Sci. 2019、Environ. Sci. Technol. 2023等），国产领军期刊（中国科学：化学 2025、Innov. Mater. 2024、InfoMat 2023、Chin. Chem. Lett. 2021, 2022, 2023, 2024, 2025等），总被引超10000次，H指数52，申请及授权专利45项。
工程实验室郭俊凌教授团队长期致力于植物多酚（植物单宁）的基础科学和前沿应用研究，自2014年构建了由18种金属离子构建的金属多酚网络材料平台（Metal-Phenolic Networks，MPN）以来，该团队深入研究了多酚独特的界面相互作用，发展了植物多酚高值转化体系（Science 2018; Sci. Adv. 2021; Nat. Nanotechnol. 2016, 2025; Nat. Commun. 2022; Cell Biomater. 2025; Matter 2023, 2025; Angew. Chem. 2014, 2019, 2023, 2024; Chem. Soc. Rev. 2022; Chem. Sci. 2025, 2025; Adv. Mater. 2013, 2020, 2023; Appl. Phys. Rev. 2022; Energy Environ. Sci. 2019、Environ. Sci. Technol. 2023等）。近日，该团队受海星结构与行为特性的启发，基于多酚化学，成功构建了一种集成先进药物递送系统的水凝胶敷料，并通过体内实验验证其在促进创面愈合方面的卓越疗效。研究结果表明，该水凝胶敷料的药物释放行为可以受到环境pH值以及ROS刺激的调控，可有效缓解炎症、抑制创面感染并加速组织修复，大幅提高了创面治疗的效率和安全性。该研究成果发表于国际顶级期刊ACS Nano。该论文的第一作者为四川大学轻工科学与工程学院青年教师洪工画。
图1. 智能水凝胶敷料合成示意图
海星的管足使其能够稳固地附着在沙地、岩石及猎物表面，同时，其身体能够根据外部刺激或损伤在软态与硬态之间灵活转换。这种适应性不仅赋予了海星卓越的环境应对能力，还使其能够通过独特的水管系统精准释放毒素和生长因子。海星出色的黏附特性与智能释放机制，与新一代智能敷料的核心需求高度契合，为创新生物仿生材料的开发提供了重要的启发。基于此，水凝胶敷料的框架由纳米纤维素、聚乙烯醇、葡聚糖和壳聚糖协同构建而成，以确保其良好的力学性能和生物相容性（图1）。其中，纳米纤维素通过多酚化学原位改性，增强其界面相互作用，而氧化葡聚糖则经3-氨基苯硼酸进行表面修饰，实现功能化调控。采用“一锅法”制备的水凝胶敷料具有稳定的双重交联网络，使其在治疗过程中保持结构完整性，避免坍塌影响疗效。此外，邻苯二酚的优异黏附特性显著提升了水凝胶对创面的附着能力，而动态共价键的引入则实现了药物的高效可控释放。体内实验进一步验证了该水凝胶在加速创面愈合方面的卓越性能，为智能敷料的开发提供了新的可能。
图2. 水凝胶药物释放行为
水凝胶的体外药物释放行为展现出显著的pH和ROS双重响应特性（图2）。在低pH值和高ROS水平的环境中，其溶胀比显著增加，并在酸性和高ROS共同作用下达到峰值。这一特性使得水凝胶能够精准调控框架内部负载的芒果苷和维生素C的释放，实现药物递送的智能响应。这种受控释放行为归因于水凝胶网络中动态共价键的精确调控，使其在病理条件下具备良好的刺激响应性，从而确保药物的可控释放和靶向递送。相比之下，自由态芒果苷和维生素C在4小时内几乎完全释放，呈现明显的突释现象，而水凝胶则有效抑制了突释，实现了稳定且持续的释放模式。这一pH和ROS双重响应机制不仅增强了药物释放的可控性，还确保生物活性分子在病变环境中的高效递送，为智能药物输送系统的开发提供了新的策略，进一步拓展了水凝胶在精准医疗中的应用潜力。
图3. 水凝胶敷料对全皮层皮肤缺损的治疗效果
相比于空白组和传统敷料（Tegaderm™）治疗组，水凝胶治疗组在促进创面修复方面表现出显著优势（图3）。治疗过程中，水凝胶显著减少了创面部位的炎症细胞浸润，同时加速了组织修复进程，表现出更优的组织再生能力。具体而言，水凝胶治疗组的胶原沉积水平明显提高，胶原纤维排列更加有序，组织结构更趋近于健康皮肤。此外，该组显著促进了新生血管和成纤维细胞的生成，为创面修复提供了更有利的微环境。尤其是在负载芒果苷和维生素C的水凝胶治疗组中，创面愈合效果更为突出。这一增强的治疗效应归因于药物的可控释放，能够有效抑制炎症反应，同时促进血管新生，为组织修复提供充足的氧气和营养供应。因此，该药物负载水凝胶不仅提升了敷料的治疗性能，还展现出良好的抗炎与促血管生成能力。
图4. 水凝胶敷料对全皮层皮肤缺损的治疗过程中的基因表达情况