可注射褪黑素-羧甲基壳聚糖水凝胶促进伤口愈合的机制研究
作者及发表信息
本研究由Kai Chen（上饶师范学院）、Changci Tong（北部战区总医院）、Jingeyang（江西医学高等专科学校）等共同完成，通讯作者为Mingxiao Hou、Hongxu Jin和Yunen Liu。研究成果发表于《Journal of Materials Science & Technology》2021年第63卷（236-245页）。
学术背景
研究领域与背景
皮肤创伤（尤其是老年人和婴幼儿的急性伤口）易发展为慢性复杂伤口，传统治疗方法如生长因子可能增加瘢痕和癌症风险。羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl Chitosan, CMCS）因其抗菌性、生物相容性和促进胶原沉积的能力，被广泛用于伤口敷料；褪黑素（Melatonin）则通过调节炎症介质和血管生成加速愈合。然而，两者联合应用的协同效应尚未明确。
研究目标
开发一种可注射的褪黑素-CMCS水凝胶，通过大鼠全层皮肤缺损模型评估其促愈合效果，并阐明其抗炎、促血管生成和胶原重塑的分子机制。
研究流程与方法
1. 水凝胶制备与表征
- 材料合成：
- CMCS/海藻酸钠水凝胶：以CMCS与海藻酸钠（1:1混合）为基材，加入D-葡萄糖酸内酯（GDL）降低pH，通过静电相互作用形成凝胶（10分钟内完成）。
- 褪黑素负载：将褪黑素溶于乙醇后与CMCS/海藻酸钠溶液混合，形成载药水凝胶。
- 流变学测试：通过动态储能模量（G’）和损耗模量（G”）分析凝胶动力学，发现褪黑素加速初始凝胶化但降低最终凝胶强度（图1）。
- 微观结构：扫描电镜（SEM）显示，褪黑素使水凝胶孔径更致密（约250 μm），可能影响药物缓释（图2）。
2. 动物模型与治疗
- 实验设计：72只SD大鼠分为3组：空白对照组、单纯水凝胶组、褪黑素水凝胶组，每组24只。
- 手术操作：背部制作直径1.5 cm的全层皮肤缺损，分别覆盖TPU敷料（对照组）、CMCS水凝胶或褪黑素水凝胶。
- 观察指标：术后3、6、12天采集皮肤样本，检测伤口闭合率、组织学变化及分子表达。
3. 组织学与分子分析
- 伤口愈合率：褪黑素组在6-12天的愈合率显著高于对照组（p<0.05），12天时完全脱痂并形成新生肉芽组织（图3）。
- H&E染色：褪黑素组在第3天即出现大量新生毛细血管和胶原沉积，炎症细胞浸润较少（图4）。
- Masson染色：6-12天时，褪黑素组的胶原III表达显著增加，胶原I减少（p<0.05），提示更优的瘢痕修复（图5）。
- Western blot：
- 早期（3天）：褪黑素组血管内皮生长因子受体（VEGFR）和促炎蛋白（COX-2、iNOS）表达升高，促进血管生成。
- 后期（6-12天）：炎症因子下降，α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和转化生长因子-β1（TGF-β1）上调，加速组织重塑（图6）。
- 免疫荧光：验证了VEGFR和胶原III在褪黑素组的空间分布优势（图7）。
主要结果与逻辑关联
- 凝胶性能：褪黑素通过改变CMCS的凝胶动力学和微观结构，优化药物释放。
- 促愈合效应：早期通过VEGFR促进血管化，后期通过抑制COX-2/iNOS减轻炎症，同时上调TGF-β1和胶原III改善组织强度。
- 分子机制：褪黑素-CMCS协同调控“炎症-血管化-胶原重塑”级联反应，形成动态愈合微环境。
研究结论与价值
科学意义
- 创新性发现：首次证实褪黑素-CMCS水凝胶可通过时序性调节VEGFR和TGF-β1通路，实现伤口愈合的多阶段优化。
- 方法学贡献：开发的可注射水凝胶兼具快速凝胶化（10分钟）和缓释特性，为创伤敷料设计提供新思路。
应用前景
- 临床转化：该水凝胶适用于糖尿病足、烧伤等难愈性伤口，避免生长因子的致癌风险。
- 扩展潜力：载体系统可适配其他抗炎或促再生药物，推动个性化医疗。
研究亮点
- 多模态调控：同时靶向炎症、血管生成和细胞外基质重建，突破单一靶点局限。
- 材料-生物学交叉：通过流变学-SEM-分子生物学多尺度表征，阐明材料特性与疗效的构效关系。
- 转化医学价值：动物模型显示12天内完全上皮化，显著优于传统敷料。
其他价值
研究团队开发的CMCS/海藻酸钠凝胶体系（专利基础）可扩展至其他生物活性分子负载，如抗菌肽或干细胞因子，为组织工程提供通用平台。