本研究由西北大学生命科学学院、西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室的陈卓玥（Zhuoyue Chen）团队与香港理工大学应用生物及化学科技学系的赵昕（Xin Zhao）团队合作完成。主要作者包括Qian Liu、Jiawei Wu、Ho-Pan Bei等。该研究成果发表于 Advanced Science 期刊（2026年，第13卷，文章编号e19504），DOI为10.1002/advs.202519504，以开放获取（Open Access）形式发表。
皮肤是人体最大的器官，作为抵御外界威胁的关键屏障，可防止感染、体液流失和电解质失衡。然而，当皮肤因物理、化学或微生物损伤而受损时，其保护功能被破坏，导致开放性创面、微生物定植以及疼痛、肿胀等并发症。严重创面常伴有出血和感染，若处理不当可危及生命。传统创面修复策略主要依赖皮肤移植或合成皮肤替代物，但自体皮肤移植受供体稀缺和二次创伤限制，而异体移植存在免疫排斥和病毒传播风险。合成皮肤替代物如Integra、Dermagraft等虽在创面愈合中显示出一定效果，但制造工艺复杂昂贵，且无法完全模拟天然皮肤功能（如汗腺、毛囊等）。
感染性创面面临自愈能力有限、持续性细菌感染、长期炎症和氧化性创面微环境等挑战。抗菌肽如SAAP148对耐药病原体具有显著疗效，但其临床应用受快速失活和不可控突释的限制。I型胶原蛋白（Col I）是皮肤细胞外基质的主要成分（约占成人皮肤的80%），在创面愈合中兼具结构支架和信号分子的双重作用。自组装肽RADA16可通过形成纳米纤维网络模拟纤维蛋白的生理效应，促进快速凝血且不引发炎症或免疫排斥。然而，RADA16单独作为块状基质存在限制：纳米级孔径（5-20 nm）过小阻碍细胞浸润、缺乏细胞特异性信号基序、蛋白酶抗性导致降解缓慢。
基于上述背景，本研究旨在开发一种复合水凝胶，将Col I的结构优势与RADA16的止血功效相结合，并负载SAAP148抗菌肽，以同步解决止血、抗菌和组织再生三大关键问题。研究目标是构建无需化学交联剂的自组装纳米-微米双尺度结构水凝胶（CRS），评估其理化性能、体外细胞相容性、抗菌活性、止血效果及体内感染创面修复能力，并探索其促进皮肤附属器再生的分子机制。
本研究流程可归纳为四个主要阶段：水凝胶的制备与表征、体外性能评价、体内止血与创面愈合评价，以及机制探究。
第一阶段：水凝胶的制备与结构表征。 研究团队首先通过酸提取法从大鼠尾腱提取I型胶原蛋白（浓度为20 mg/mL），化学合成RADA16（10 mg/mL）和SAAP148（30 μg/mL）多肽。在弱酸性条件（pH 4.0）下，将Col I与RADA16自组装形成CR水凝胶，进一步负载SAAP148形成CRS水凝胶。随后通过质谱（MS）和高效液相色谱（HPLC）验证多肽的分子量与纯度；利用圆二色光谱（CD）确认Col I的三螺旋结构、RADA16的β-折叠结构及SAAP148的简单结构特征；通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）识别胶原蛋白的特征吸收峰（酰胺A、I、II、III峰）；利用冷冻扫描电镜（Cryo-SEM）观察自组装纤维结构；采用AlphaFold3进行分子对接模拟，揭示Col I与RADA16、SAAP148之间的非共价相互作用（包括多个氢键）及静电势匹配情况。
第二阶段：理化性能与体外生物学评价。 水接触角测试表明CR和CRS的亲水性较Col I降低但仍利于细胞黏附；冷冻干燥后扫描电镜显示Col I海绵具有约50 μm的大孔结构，而CR/CRS兼具多孔结构和8-12 nm的RADA16纳米纤维，形成双尺度架构。弹性模量测试显示CR（503.66 ± 87.78 kPa）和CRS（500.22 ± 123.29 kPa）较纯Col I（271.63 ± 77.22 kPa）提升约185%（1.85倍），归因于纳米-微米纤维的层级纠缠、纤维桥接和界面应力传递。SAAP148释放动力学实验表明，CRS水凝胶在12天内的释放速率显著低于Col I水凝胶（*p < 0.05），归因于RADA16纳米网络增强物理截留与静电相互作用。胶原酶降解实验显示I型和II型胶原酶均能显著降解Col I、CR和CRS（***p < 0.001），表明体内主要通过胶原酶途径降解。
在细胞实验中，使用L929成纤维细胞评估材料表面特性对细胞响应的影响。2小时内所有材料上均有细胞初始附着，但CR表面诱导广泛的伪足扩展。细胞圆度分析显示：Col I组为0.771 ± 0.077，CR组降至0.522 ± 0.175（*p < 0.001），CRS组为0.610 ± 0.233（*p < 0.05）。刮痕实验显示CR组的创面闭合率最高（36.09% ± 2.59%，*p < 0.001 vs Col I的15.28% ± 3.43%），CRS组为28.27% ± 2.39%。CCK-8增殖实验表明第3天CR（p < 0.01）和CRS（*p < 0.05）显著促进细胞增殖，第5天各组趋于一致。抗菌实验使用金黄色葡萄球菌（S. aureus ATCC 25923）和大肠杆菌（E. coli ATCC 25922）进行评估：CRS负载SAAP148（50 μg/mL）诱导金黄色葡萄球菌42.66% ± 7.53%的细菌死亡率和大肠杆菌10.58% ± 2.90%的死亡率（*p < 0.001）；最小抑菌浓度（MIC）测定显示金黄色葡萄球菌为10 μg/mL且72小时内保持>90%抑制率，大肠杆菌需30 μg/mL方能达到同等效果。溶血实验显示所有材料溶血率低于ISO 10993-5安全阈值（5%）。
第三阶段：体内止血与感染创面愈合评价。 小鼠左肝叶损伤模型显示CR和CRS组的凝血时间分别为21 ± 2 s和19 ± 5 s，显著快于Col I组（35 ± 9 s）和纱布组（87 ± 8 s）（*p < 0.001 vs纱布；*p < 0.05 vs Col I），失血量较Col I组减少62%。小鼠全层皮肤感染创面模型中，先创面接种细菌24 h后开始治疗。细菌菌落计数（CFU）分析显示CRS组在第1、3、5天的细菌负荷均显著低于Col I和CR组。创面面积追踪显示CRS组在第3、7、12天愈合率显著优于对照组（*p < 0.001），第18天达到完全愈合。组织学分析（H&E、Masson、EVG、天狼星红染色）显示：第18天CRS组的胶原排列紧密有序，弹性纤维分布规则，接近天然皮肤结构；表皮厚度（10.04 ± 3.009 μm）与正常皮肤（10.49 ± 1.634 μm）无统计学差异；I/III型胶原比例（1.59）显著高于对照组（0.97，***p < 0.001），接近理想2:1比例。值得注意的是，第18天CR和CRS组的新生皮肤中观察到毛囊形成，且CRS组的毛囊密度显著高于CR组。
第四阶段：机制探究。 通过空间蛋白质组学测序（术后第18天）鉴定CRS组与对照组间的差异蛋白表达，发现ErbB/MAPK、Ras、PI3K-Akt等信号通路的富集。上调标志物包括角蛋白KRT76、KRT71、KRT80和SPRR1B，下调标志物包括EGFR、ECM1和MRC1。免疫荧光染色证实CRS组CK14和CK5表达增强，CD31阳性新生血管在第12天显著多于对照、Col I和CR组（p < 0.001），PGP9.5标记的神经纤维再生也加速。巨噬细胞极化分析显示：第3天CRS组M1标志物CD86表达最低（p < 0.001），第12天M2标志物CD163表达显著升高。LPS诱导的RAW264.7 M1极化实验中，CRS组显著抑制iNOS蛋白（p < 0.001）及iNOS、TNF-α、CD86、IL-1β等M1相关基因表达（p < 0.001），归因于SAAP148对LPS的中和作用。EGF在第12和18天持续上调（***p < 0.001）。
结构表征结果证实了Col I与RADA16通过互补电荷相互作用和氢键等非共价力自组装形成稳定的双尺度网络。RADA16的纳米纤维（8-12 nm）与Col I的微米级多孔结构（约50 μm）形成互锁，这是机械性能增强和SAAP148缓释的结构基础。分子对接揭示了RADA16与Col I残基（Arg1425、Lys1422、Thr43、Ala16）以及SAAP148与Col I残基（Lys5、Arg6、Leu65、Glu958）之间的多氢键结合，为载药系统的稳定性提供了分子水平的解释。
体外细胞实验结果表明CR表面独特的纳米形貌促进整合素α5β1介导的黏着斑复合物形成，加速细胞铺展和迁移。SAAP148的部分表面覆盖减弱了RADA16介导的细胞相互作用，但CRS仍显著优于Col I，说明该复合体系在抗菌与促再生之间取得了合理平衡。
抗菌与止血结果揭示了SAAP148通过静电靶向革兰氏阳性菌细胞壁（肽聚糖层）的优先破坏机制，以及对革兰氏阴性菌的剂量依赖性抑制。RADA16的纤维蛋白模拟纳米纤维架构通过物理截留血液成分和主动激活血小板双重机制实现快速凝血。
体内创面愈合结果是本研究最有说服力的证据。CRS组不仅实现了98%以上的上皮化（第12天），还在第18天实现了毛囊再生和接近天然的表皮厚度。I/III型胶原比例从第12天高于对照组42.12%到第18天低于对照组23.95%的动态变化，反映了CRS对细胞外基质重塑的精细调控——早期促进I型胶原沉积以提供机械保护，后期适当降低以避免过度纤维化和瘢痕形成。空间蛋白质组学结果揭示CRS通过CK5/CK14在ErbB/MAPK、mTOR/PI3K-Akt和JNK/p38 MAPK信号轴中的作用促进皮肤附属器再生，同时在创面愈合后期通过下调EGFR/RTK/PAK信号抑制过度增殖和炎症反应。
本研究成功构建了一种无需化学交联剂的自组装纳米-微米双尺度结构水凝胶CRS。该水凝胶实现了三重协同功能：（1）亚20秒的快速凝血（优于临床明胶海绵和胶原海绵基准）；（2）持续的广谱抗菌活性（对金黄色葡萄球菌MIC为10 μg/mL，对大肠杆菌为30 μg/mL）及抗炎作用（通过SAAP148中和LPS抑制M1巨噬细胞极化）；（3）无瘢痕样组织再生（功能毛囊再生、I/III型胶原比例优化、生理性表皮厚度恢复）。CRS的三阶段作用机制——止血、持续抗菌保护、基质重塑——超越了现有ECM和胶原基质材料。
该研究的科学价值在于：首次将Col I的微米级多孔结构与RADA16的纳米纤维网络通过非共价自组装集成，绕过了传统化学交联剂带来的细胞毒性问题，为纳米-微米多尺度支架的设计提供了新范式。其应用价值体现在：提供了一种即用型（off-the-shelf）、无抗生素的感染创面治疗平台，同时解决了抗菌耐药性和再生医学中的关键挑战，为未来蛋白-多肽药物组合的开发提供了新思路，并可拓展至椎间盘、神经和关节软骨损伤修复等领域。
第一，创新的双尺度无交联剂设计。 通过Col I微米纤维与RADA16纳米纤维的自组装互锁，在无化学交联剂条件下实现弹性模量提升185%，解决了传统胶原水凝胶机械强度不足和交联剂毒性的矛盾。
第二，SAAP148的“载药-屏障-缓释”三位一体策略。 利用RADA16纳米网络的物理约束和静电相互作用实现SAAP148的持续释放（24 h释放15-18%，72 h释放23-37%），避免了突释引起的毒性和亚抑菌浓度诱发的耐药性。
第三，功能毛囊再生的实现。 通过CK5/CK14介导的信号通路激活，在第18天实现毛囊新生，突破了传统创面敷料仅能实现结构修复而无法恢复皮肤附属器的局限，接近“无瘢痕愈合”的理想目标。
第四，材料学-细胞学-分子生物学-空间组学的多层次验证。 从分子对接和分子动力学模拟、体外细胞与细菌实验、小鼠肝损伤和全层皮肤感染模型，到空间蛋白质组学测序的信号通路解析，形成了从“结构设计-性能验证-功能评价-机制阐明”的完整证据链，研究方法和逻辑链条具有示范意义。