导读：

细菌清除与炎症调节之间的失调导致感染伤口愈合延迟。传统敷料缺乏动态调控能力和微观形状适应性，无法解决这一问题。近日，华南理工大学王小英教授团队联合广东药科大学黎珊珊老师开发了一种名为HEA@AgM的多功能核壳结构水凝胶微球，专门用于治疗受感染的复杂创伤。该微球利用微流体技术制备，其核心装载了具有抗炎性能的儿茶素（EGCG），外壳则通过静电组装包覆了负载银纳米颗粒的介孔有机硅。这种设计实现了阶段性精准治疗：在感染初期，微球能响应细菌环境中的谷胱甘肽释放银离子以高效杀菌；随后在炎症期，它能感应活性氧（ROS）释放抗氧化药物并同步发生原位降解。

动物实验证明，该系统能显著降低伤口细菌负担，抑制过度炎症，并促进血管再生与组织修复。这种环境自适应型给药平台为临床处理不规则形状的慢性感染创伤提供了高度个性化的医疗方案。相关研究以”Multi-modular responsive hydroxypropyl chitosan-based hydrogel microspheres for stage-specific therapy in infected wounds“为题目，发表在期刊《Carbohydrate Polymers》上。

本文要点：

1. 研究背景与挑战

• 慢性感染创面修复难题：由于细菌清除与炎症调节之间的失调，感染创面通常愈合缓慢。

• 传统敷料局限性：传统敷料缺乏动态调节能力，难以根据愈合阶段调整功能，且缺乏对复杂形状创面的微观适应性，频繁更换还易造成二次伤害。

2. 核心材料设计（HEA@AgM 水凝胶微球）

研究者开发了一种基于羟丙基壳聚糖 (HCS) 的多模块响应型核壳结构微球：

• 制备技术：通过液滴微流控技术（保证粒径均一，约 200 μm）和静电自组装（利用带正电的核与带负电的壳结合）制备。

• 核模块 (HEA)：由 HCS 与丙烯酰胺苯硼酸 (APBA) 结合，并通过硼酸酯键负载表没食子儿茶素没食子酸酯 (EGCG)，具有 ROS 响应性。

• 壳模块 (AgM)：由负载了银纳米颗粒 (AgNPs) 的介孔有机硅纳米粒子 (MON) 组成，具有 GSH 响应性。

3. 阶段特异性协同治疗机制

该系统通过模拟自然愈合节奏，实现对创面微环境信号的精准响应：

• 感染初期（GSH 响应性抗菌）：创面高水平的谷胱甘肽 (GSH) 触发 AgM 壳层降解，迅速释放 AgNPs 以杀灭细菌并清除生物膜。

• 炎症阶段（ROS 响应性抗炎）：高浓度的活性氧 (ROS) 触发核层硼酸酯键断裂，释放 EGCG 进行自由基清除和免疫调节。

• 原位降解：微球在 ROS 刺激下可发生原位生物降解，减少了因机械移除敷料导致的二次创伤。

4. 主要实验结果

• 卓越的抗菌效能：对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率分别达到 99.6% 和 99.8%，并能清除 94.1% 的金黄色葡萄球菌生物膜。

• 强大的抗氧化活性：DPPH 清除效率达 87.9%，能显著降低细胞内的 ROS 水平。

• 优异的生物相容性：微球及其降解产物均表现出良好的细胞相容性和溶血安全性，且能促进成纤维细胞迁移。

• 显著的体内促愈合效果：在 MRSA 感染的大鼠全皮层损伤模型中，HEA@AgM 处理组在第 7 天的创面残余面积显著降低（为 70.9%），第 14 天基本实现愈合，并展现出更好的血管生成和胶原沉积。

5. 结论与意义

该研究构建了一个微环境自适应的精准干预平台，实现了抗菌与抗炎功能的时空解耦。其良好的注射性和形状适应性使其能完美填充不规则的深度创面，为开发智能化、个性化的感染创面修复材料提供了新思路。

在微流控过程中选择羟丙基壳聚糖 (HCS) 而非原始壳聚糖（Pristine Chitosan），主要是基于溶解性、对活性物质的保护以及加工稳定性三个核心考量：

1. 水溶性与 pH 环境的改善：原始壳聚糖由于其刚性主链上存在强大的分子内和分子间氢键，仅能溶解在酸性环境中。而 HCS 通过引入羟丙基，破坏了这些氢键，使其在中性 pH 条件下具有卓越的水溶性。

2. 保护酸敏感活性物质：由于该系统需要负载 EGCG 等对酸敏感的活性物质，如果使用原始壳聚糖，其制备所需的酸性环境会损害这些药物的生物活性。采用 HCS 则可以在中性条件下进行稳定的微流控加工，从而有效保护载药。

3. 微流控加工的稳定性与适配性：HCS 的独特结构赋予其优异的液相加工性能，能够实现稳定且连续的微流控处理。此外，HCS 在改善溶解性的同时，保留了丰富的活性氨基，这为后续的甲基丙烯酰化改性（用于光交联）和保持阳离子特性（用于电荷自组装）提供了必要的化学位点。

4. 粘度调节与交联控制：研究表明，基于 HCS 制备的前驱体溶液（如 HCMp 0.3）具有更平衡的粘度，既能顺利通过微流控通道，又能在紫外线照射下有效交联形成稳定的水凝胶，而某些高浓度或过度改性的聚合物可能会因粘度过高而难以通过通道。

总而言之，选择 HCS 是为了克服原始壳聚糖在酸溶解性方面的限制，以确保微球制备过程的高效性、稳定性和对生物活性分子的兼容性。

Scheme 1. 多重响应羟丙基壳聚糖微球的设计及其针对感染创面的顺序抗菌和抗炎治疗机制。

图 1. 水凝胶微球 (HMs) 系统的示意图及表征。(a) 甲基丙烯酸酐 (MA) 接枝羟丙基壳聚糖 (HCS) 的示意图。(b) HCS 以及在不同 MA 与 HCS 单糖单元摩尔比下制备的 HCMp 的 FTIR（傅里叶变换红外）光谱。(c) HCS 以及在不同 MA 与 HCS 单糖单元摩尔比下制备的 HCMp 的核磁共振氢谱。(d) 表没食子儿茶素没食子酸酯 (EGCG) 通过硼酸酯键与丙烯酰胺苯硼酸 (APBA) 结合的示意图。(e) 证实 EGCG 与 APBA 之间形成硼酸酯键的核磁共振氢谱。(f) 通过物理包封 (HE) 或硼酸酯键结合 (HEA) 引入 EGCG 的水凝胶微球的 FTIR 光谱。(g) AgM（负载银纳米颗粒的介孔有机硅纳米粒子）制备的示意图。(h) AgM 的 TEM（透射电镜）图像，显示均匀分布的银纳米颗粒 (AgNPs) 锚定在有机硅壳层上/内。(i) 介孔有机硅纳米粒子 (MON) 和 AgM 的 XRD（X射线衍射）图谱。

图 2. 水凝胶微球 (HMs) 的形貌、组成和表面性质。三种水凝胶微球（HCM、HEA 或 HEA@AgM）的光学显微照片，显示了形貌和粒径的均一性，以及通过 ImageJ 软件量化的直径统计图 (a–c)。HCM (d)、HEA (e) 以及不同 AgM 负载量下的 HEA@AgM (f, g) 的 SEM（扫描电镜）图像。(h) HEA、MON 或 AgM 的 Zeta 电位，以及展示 MON 或 AgM 水分散性的照片。(i) 三种水凝胶微球的 XPS（X射线光电子能谱）全谱扫描图。(j) HEA@AgM 的可注射性和空间适应性填充能力。

图 3. 广谱抗菌/抗生物膜性能及破坏细胞膜的机制。(a) 金黄色葡萄球菌 ()、大肠杆菌 () 和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 在与对照组 (Control)、HCM、HEA、AgM 和 HEA@AgM 接触 24 小时后的代表性琼脂平板图。(b) (a) 中菌落的定量统计。(c) 抗生物膜评估：生物膜的结晶紫 (CV) 染色和 CLSM（共聚焦激光扫描显微镜）活/死细菌荧光显微照片。(d) 对应于 (c) 的 590 nm 处结晶紫的酶标仪定量结果（生物膜量，相对于对照组进行归一化）。(e) 处理后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的 SEM 图像，突出了细胞膜的褶皱。(f–i) 两种细菌处理后的细胞包膜渗透性读数：(f) 碱性磷酸酶 (AKP) 泄漏、(g) 核酸泄漏、(h) 乳酸脱氢酶 (LDH) 释放和 (i) 总蛋白泄漏（ 次独立实验）。平均值 ± 标准差，，，，， 表示无显著性差异（单因素方差分析）。

图 4. HEA@AgM 的 ROS（活性氧）响应行为和抗氧化活性。(a) 不同浓度  (0, 1, 10, 50 mM) 刺激下水凝胶微球释放 EGCG 的紫外-可见吸收光谱。(b) 在不同  (0, 10, 50 mM) 条件下，HEA@AgM 或 HE@AgM 中 EGCG 的累积释放曲线（通过紫外-可见光谱定量）。(c) 使用在不同  条件 (0, 1, 10, 50 mM) 下收集的 HEA@AgM 洗脱液进行的 DPPH 自由基清除测试。(d) 荧光显微照片，用于评估暴露于  (10 μM) 并随后接受 PBS、HCM、HEA 或 HEA@AgM 处理的 L929 细胞内 ROS 水平。绿色荧光减弱表示 ROS 减少。(e) 使用 ImageJ 软件进行的荧光强度定量。(f) 体外分阶段双药释放行为。水凝胶微球在依次浸泡于正常 PBS、10 mM 谷胱甘肽 (GSH) 和 10 mM  过程中的  和 EGCG 累积释放曲线。(g) HEA@AgM 或 HCM@AgM 在  中浸泡 0、1、3 和 14 天的宏观照片和 SEM 图像，展示了随时间变化的降解过程。(h) 未固化微球前体溶液的流变学行为：粘度随剪切速率的变化函数。(i) HEA@AgM 的 ROS 响应性降解行为及 EGCG 释放抗氧化活性的示意图。平均值 ± 标准差，，，，， 表示无显著性差异（单因素方差分析）。

图 5. 水凝胶微球 (HMs) 的生物安全性和细胞相容性评估。(a) L929 成纤维细胞与不同处理组（PBS、HCM、HEA、AgM、HEA@AgM 或 Triton X-100）培养 24 小时后的荧光活/死染色图。(b) 暴露于 PBS、HCM、HEA、AgM、HEA@AgM 或 Triton X-100 24 小时后 L929 细胞的 CCK-8 活性（相对于未处理的对照组进行归一化）。(c) 红细胞与各制剂在 37 ℃ 下孵育 1 小时后的溶血率照片（PBS 和 1% Triton X-100 分别作为阴性和阳性对照）。(d) 通过 541 nm 处的吸光度读取的红细胞溶血率。(e) 感染创面模型治疗结束后大鼠心、肝、脾、肺、肾的 H&E（苏木精-伊红）染色切片。(f) 划痕实验中不同水凝胶微球处理后细胞迁移的图像及 (g) 定量分析。平均值 ± 标准差，，，，， 表示无显著性差异（单因素方差分析）。

图 6. HEA@AgM 在 MRSA 感染的全皮层损伤模型中的体内抗感染和促进再生功效。(a) 实验时间轴。(b) 各组在第 0、1、3、7、10 和 14 天获取的代表性创面照片。(c) 创面面积动力学图，以 14 天内的残余面积百分比表示。(d) 代表性时间点的残余创面面积。(e) 24 小时时不同组创面渗出液培养的代表性琼脂平板图。(f) 24 小时时的细菌负荷定量（相对于 PBS 归一化）。(g) 第 14 天的 H&E 和 Masson 染色。(h) 第 7 天的免疫调节。CD86（M1 型，红色荧光）和 CD206（M2 型，绿色荧光）的免疫荧光图。(i) 第 14 天的血管和收缩重塑。CD31 免疫染色显示 CD31 阳性的微血管；α-SMA 染色揭示肌成纤维细胞的分布。(j–m) CD86、CD206、α-SMA 和 CD31 相对表达强度的定量结果。平均值 ± 标准差，，，，， 表示无显著性差异（单因素方差分析）。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2026.125563

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