上海大学制备光响应抗菌壳聚糖水凝胶用于口腔粘膜杀菌和快速修复

上海大学制备光响应抗菌壳聚糖水凝胶用于口腔粘膜杀菌和快速修复

近日，上海大学生命科学学院国家级领军人才、长江学者特聘教授赵春华及其团队在生物活性材料领域国际著名期刊《Bioactive Materials》上发表题为“Promoting oral mucosal wound healing using a DCS-RuB2A2hydrogel based on a photoreactive antibacterial and sustained release of BMSCs”的研究性论文。

口腔粘膜疾病是世界常见疾病，是指口腔粘膜的破坏，具体症状包括口舌溃烂，舌体干裂，声音嘶哑，继而引发口腔扁平苔藓，唇疱疹，复发性溃疡，甚至唇炎等口腔疾患，导致饮食困难，口腔疼痛难忍。口腔溃疡的病因多种多样且复杂，如口腔菌群失衡、疲劳和糖尿病并发症，此外，免疫力功能障碍导致了该类疾病的频发。重者发病频率极高，甚至溃疡病期达数十年，并可导致体内多种并发症，直接影响着身体健康。目前，临床上常施以西药控制症状，但难以根治，被医界列为口腔病重大难题之一。口腔黏膜病变期间口腔微环境改变，免疫力下降，持续细菌刺激引起伤口感染，因此对于创面的有效抗菌以及促进口腔粘膜组织在湿润环境下迅速愈合成为了当前重点研究方向。

在这项研究中，赵春华教授团队基于口腔内黑暗湿润的特点，制备光响应抗菌壳聚糖水凝胶DCS-RuB2A2用于口腔粘膜的杀菌和快速修复。在黑暗条件下，水凝胶密封伤口以形成屏障，并发挥天然抑菌作用，防止外来细菌入侵。同时，钌交联聚合物系统与水凝胶体系为间充质干细胞提供了有利于其生长的3D结构，发挥间充质干细胞的呈递作用，释放的生长因子等物质，具有优异的抗炎和血管生成作用，快速修复损伤粘膜。在光照条件下，吡啶甲醛基团在可见光照射后脱落，联吡啶钌与带负电荷细菌外膜结合，在潮湿的口腔环境中发挥杀菌作用，并伴随着水凝胶的生物降解作用（图1）。


图1.光响应抗菌水凝胶DCS-RuB2A2的制备及应用示意图。

团队制备的水凝胶基于十二烷基壳聚糖，这是一种疏松多孔结构，具有良好的止血和凝血作用，此外还能够激活血小板以促进伤口愈合。采用联吡啶钌交联十二烷基壳聚糖构建光响应抗菌体系（DCS-RuB2A2），在黑暗条件下具有较大的储能模量和孔隙率，适用于间充质干细胞的生长和呈递过程。这种湿润、柔软的3D培养系统有利于生长因子和细胞因子在伤口部位的释放。在可见光的照射下，DCS-RuB2A2中的吡啶甲醛基团从凝胶网络中脱落，并在壳聚糖的长十二烷基链的帮助下锚定在细菌膜上，发挥局部灭菌作用。经测序得到的差异基因主要富集于是细菌对上皮细胞的入侵、免疫系统、代谢、集中在细胞外基质中的炎症改善、中性粒细胞作用、细胞对生长因子的作用以及下游信号通路调节。这表明DCS-RuB2A2-BMSCs改善了细菌诱导的感染，减少了BMSCs旁分泌效应引起的炎症，通过调节细胞因子改善了伤口微环境，并促进了伤口修复（图2）。该系统具有良好的生物相容性和广谱抗菌性能。此外，该光响应抗菌水凝胶体系与间充质干细胞的抗炎和促进修复作用相结合时，在短时间内修复口腔粘膜缺损。研究表明，这种多功能光响应水凝胶具有临床应用价值，并进一步支持口腔粘膜疾病创新疗法的研发。



图2DCS-RuB2A2-BMSCs在大鼠模型中促进粘膜缺损愈合的应用

上述研究在生物活性材料领域国际著名期刊《Bioactive Materials》上发表。影响因子指数16.874。上海大学生命科学学院是论文的第一完成单位和通讯单位，通讯作者赵春华教授、邓小勇教授、王娇副教授，2022级博士生齐雯歆为第一作者，研究生董乃隽、吴灵玲和张雪琦等参与完成本研究。本研究由国家重点研发计划（2020YFA0113000，2018YFA0109800）、上海市基础研究发展计划（20JC1412200）、国家自然科学基金（81971324）资助。