这是一篇关于新型pH响应性纳米复合水凝胶用于皮肤癌治疗与伤口愈合的原始研究论文。研究主要由罗德岛大学（University of Rhode Island）生物医学与制药科学系的Andrea Gonsalves、Pranjali Tambe、Duong Le、Dheeraj Thakore、Aniket S. Wadajkar、Jian Yang、Kytai T. Nguyen及Jyothi U. Menon等人完成。论文发表于《Journal of Materials Chemistry B》，2021年第9卷第46期，页码9533–9546，DOI为10.1039/d1tb01934a。

该研究属于生物材料与药物递送领域，聚焦皮肤癌术后复发和伤口感染两个临床难题。局部皮肤癌术后约有12%的患者因残留癌细胞持续生长而复发，同时术后细菌感染也是常见并发症。针对这些问题，研究团队开发了一种可原位成型（in situ-forming）的纳米复合水凝胶（nanocomposite hydrogel, NCH），用于局部pH响应性皮肤癌治疗和伤口愈合。该水凝胶以柠檬酸衍生的聚乙二醇-马来酸-柠檬酸聚合物（poly(ethylene glycol-maleate-citrate), PEGMC）为骨架，并在其中嵌入PLGA-羧甲基壳聚糖（carboxymethyl chitosan, CMC）纳米颗粒（PC NPs），实现化疗药物阿霉素（doxorubicin, DOX）和5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil, 5-FU）的联合递送。

研究流程首先从PC纳米颗粒的制备与表征开始。通过双重乳化溶剂挥发法制备了两种不同CMC浓度的纳米颗粒PC-0.5和PC-2.5，其水合粒径分别为190±8 nm和186±13 nm，多分散指数均小于0.2，zeta电位分别约为-27.9 mV和-26.6 mV，表明胶体稳定性良好。透射电镜证实两种纳米颗粒均具有清晰的核壳结构，傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）确认PLGA和CMC均被成功掺入。体外药物释放实验在pH 5.5和7.4的磷酸盐缓冲液中进行，结果显示PC-2.5纳米颗粒在酸性条件下释放5-FU和DOX的比例更高，表现出更优的pH响应性，因此PC-2.5被选用于后续水凝胶体系。

第二步是PEGMC水凝胶的优化。通过析因分析考察PEGMC浓度、PEGDA交联剂浓度和TEMED浓度对固化时间和溶胀比的影响。结果表明，8kDa PEGDA制备的8kDa-H1水凝胶在约313秒（约5.2分钟）内完全固化，2小时溶胀比达到283%，具有最优性能。扫描电镜显示该水凝胶具有高度互连的多孔结构，孔径主要分布在0.25–0.5 μm范围，压缩模量约为5.34 MPa。药物释放实验显示DOX从水凝胶中呈双相释放，第一天释放约40%，随后在10天内再释放约30%。该水凝胶可通过21G针头顺利挤出，证实其可注射性。

第三步是将PC-2.5纳米颗粒嵌入8kDa-H1水凝胶形成NCH体系。低温扫描电镜观察到纳米颗粒聚集体分布于聚合物基质中，共聚焦显微镜进一步确认尼罗红标记的纳米颗粒均匀分布。固化时间仍保持在约6分钟，注射性测试表明NCH前体溶液可经21G针头挤出。FTIR分析证实纳米颗粒成功掺入水凝胶体系。降解实验显示NCH在3天内重量降至原来的54%，之后在21天的观察期内保持稳定，这与PEGDA的非降解特性有关。溶胀实验表明NCH和空白水凝胶均在约130分钟后达到溶胀平衡，平衡溶胀比分别为699%和705.3%。差示扫描量热法显示两种水凝胶的相变温度均约为46°C，纳米颗粒掺入未影响热性能。力学性能测试表明NCH的杨氏模量略微增加至6.66 MPa。流变学分析显示在1–10%应变下，两种水凝胶的储能模量均为损耗模量的近7倍，表明凝胶化后体系主要表现出固体行为。

第四步是细胞相容性研究。人真皮成纤维细胞（human dermal fibroblasts, HDFs）经PC-0.5和PC-2.5纳米颗粒处理后，在最高2000 μg/ml浓度下仍保持80%以上活力。NCH渗出液在500 μg/ml浓度以下对HDFs无显著毒性，表明该体系对正常细胞安全。

第五步是体外抗癌活性评价。NCH渗出液对A431表皮样癌细胞的杀伤作用呈剂量依赖性，2 mg/ml和4 mg/ml渗出液分别导致约23%和50%的细胞死亡。对G361黑色素瘤细胞的毒性较低，相同浓度下仅引起13%和23%的细胞死亡，这被归因于A431细胞高表达表皮生长因子受体而增强了对DOX的敏感性，G361细胞则EGFR表达较低。

第六步是抗菌活性评估。在金黄色葡萄球菌和大肠杆菌培养皿中，NCH系统产生明显的抑菌圈，抑菌圈面积分别约为3.8 cm²和2.2 cm²。PEGMC水凝胶本身即表现出固有抗菌性，其降解副产物柠檬酸和马来酸具有抗菌作用，而载药纳米颗粒中DOX作为DNA嵌入剂进一步增强了抗菌效果。

该研究的核心结论是：该pH响应性NCH体系具有快速固化、高溶胀、适宜力学强度、良好细胞相容性和pH依赖性药物释放等优点，能够有效杀伤皮肤癌细胞并抑制细菌生长，有望作为皮肤癌术后辅助治疗和伤口愈合的候选平台。其学术价值在于首次报道了PEGMC水凝胶与PC纳米颗粒联合用于皮肤癌术后局部治疗，提供了pH响应性药物递送和预防术后感染的双重功能。应用价值在于该系统可注射、可原位成型，能适应不规则伤口形状，为临床转化提供了可能。研究的亮点包括：纳米颗粒核壳结构实现药物组合递送；CMC壳层赋予pH响应性；柠檬酸基聚合物水凝胶本身具备抗菌活性；NCH体系在体外对A431和G361癌细胞有选择性杀伤作用。此外，由于PEGDA不可降解，未来研究将寻找可替代交联剂以实现体系完全降解，并在动物黑色素瘤模型中进一步验证其疗效。