文章题目：A One-Nano MOF-Two-Functions Strategy Toward Self-healing, Anti-inflammatory, and Antibacterial Hydrogels for Infected Wound Repair

发表期刊：Chemical Engineering Journal

影响因子：13.3

通讯单位：四川大学、贵州医科大学附属医院

        细菌感染和慢性伤口是人类健康的一大威胁，基于天然多糖和蛋白质的水凝胶因其与细胞外基质具有高度的结构相似性，已被广泛用于伤口治疗。多孔金属有机框架(MOF)基水凝胶近年来在传感、催化、水处理和生物医学等领域受到广泛关注。本文提出了一种纳米MOF双功能策略，以展示化学稳定的纳米MOF的分子工程，它既可以作为载体又可以作为动态交联剂，以制备功能复合水凝胶。

图1. 复合水凝胶的合成过程及其在感染伤口愈合中的应用示意图

        如图2所示，以2-氨基对苯二甲酸和四氯化锆为原料，采用溶剂热法首次合成了UIO-66-NH₂。将活化后的UIO-66-NH₂浸入硝酸铜溶液中合成Cu-UIO-66-NH₂。经过电镜等表征证明，铜具有均匀的分布，引入Cu后UIO-66-NH₂的结构完整性保持良好。通过红外等表征方式，证明了Cur@Cu-UIO-66-NH₂上姜黄素的包封成功，且保持了结构的完整性。

图2. Cur@Cu-UIO-66-NH₂的合成路线

        文章作者通过羧甲基壳聚糖（CMCS）和氧化海藻酸钠（OSA）之间的动态亚胺键合制备，设计了一种基于Cur@Cu-MOF和天然多糖的自修复水凝胶。红外和电镜的结果表明，Cur@Cu-UIO-66-NH₂的加入对水凝胶的形成没有抑制作用。另外，与原始CMCS-OSA水凝胶相比，Cur@Cu-MOF掺入导致压缩应力增加，具有较高的韧性。

图3. Cur@Cu-MOF中姜黄素的抗氧化稳定性

        伤口敷料在使用前需要进行紫外线消毒，而紫外光照射会引起姜黄素的快速光降解，导致抗氧化活性下降。如图3所示，实验数据表明用Cu-MOF包埋可以显著提高姜黄素的抗氧化稳定性。并且，在pH值低于健康组织的急性伤口环境下，MOF也可以保持良好的晶体结构。

图4. 自愈性、可注射性和粘附性测试

        如图4所示，在没有外界干预的情况下，破裂的水凝胶部分可以自愈，接合处不会出现任何破损，Cur@Cu-MOF的引入也不会影响自愈。除此之外，水凝胶的可注射性和黏附强度等性能方面都有较好的实验数据支撑。

图5. 生物相容性

        如图5所示，根据荧光活/死实验结果，水凝胶实验组中大部分细胞存活(绿色荧光)。此外，细胞骨架染色显示实验组细胞呈明显的细长纺锤形结构，细胞核呈椭圆形，与对照组的结果一致。CCK-8法测定细胞活性时，实验组和对照组的细胞活力基本相同，未见显著差异，说明水凝胶成分对细胞无明显的细胞毒作用。

图6. 抗菌和生物膜抑制能力

        如图6所示，通过复合水凝胶与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌共培养实验，表明Cur@Cu-MOF的引入显著增强了CMCS-OSA水凝胶的抗菌活性，这与其正电荷和铜离子的释放有关。并且，从复合水凝胶与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌共培养后的结晶紫染色图像可以看出，Cur@Cu-MOF/CMCS-OSA水凝胶对生物膜的形成具有显著的抑制作用。

        另外，文章通过成管实验进一步确定Cur@Cu-MOF/CMCS-OSA水凝胶对体外HUVECs的促血管生成作用。大鼠体外创伤实验证实了Cur@Cu-MOF/CMCS-OSA水凝胶比其他水凝胶组更快地促进伤口的再上皮化和愈合的能力。

图7. 感染伤口的修复与再生

        如图7所示，为了进一步了解伤口的愈合过程，在第3、7、14天对不同水凝胶敷料处理的再生皮肤组织进行H&E染色。结果表明Cur@Cu-MOF/CMCS-OSA水凝胶具有明显的再上皮化作用，并且加入的姜黄素在抗炎反应中发挥了显著的作用，有效地减少了伤口的炎症。

图8. 血管生成和胶原沉积

        最后，文章通过马松三色染色法评估伤口愈合过程中增殖和重塑阶段胶原蛋白的表达。在第14天，Cur@Cu-MOF/CMCS-OSA水凝胶组的胶原沉积程度显著高于其他三组，这可能是由于Cur@Cu-MOF释放的铜离子和姜黄素的协同作用，增强了VEGF的表达，从而促进了新生血管的形成和营养物质和氧气向伤口的输送。

        总结：本文介绍了一种单纳米MOF-双功能策略，构建了一种用于治疗感染伤口的高机械强度、自愈合、共递送MOF-交联水凝胶。MOF的活性氨基被用来与含醛海藻酸盐形成动态网络，确保MOF与聚合物基质的良好相容性。同时，铜纳米粒子和姜黄素可以加载到纳米MOF中，达到协同抗炎和抗菌的效果。本文的研究表明，单纳米MOF双功能设计在高性能感染伤口敷料领域具有巨大潜力。

        原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155037

作者：林念

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

 如有侵权，请联系删除