林欣雨，李和霖，蘇鳳，蘇為科，張綺紅

（浙江工業(yè)大學，長三角綠色制藥協同創(chuàng)新中心，杭州 310014）

傷口是正常皮膚在外界致傷因子作用下所導致的損害，常伴有皮膚完整性的破壞以及一定量正常組織的丟失[1]。根據愈合時間的長短可以分為急性傷口和慢性傷口，根據傷口及軟組織的解剖深度分為淺傷、半層傷和全層傷；根據受傷的原因分為機械性或創(chuàng)傷性傷口、熱損傷和化學性損傷傷口、潰瘍性傷口、放射性損傷傷口[2]。傷口愈合過程包括止血、炎癥、增殖和重建[3]。止血是身體對損傷的一種及時反應，血小板聚集和纖維蛋白凝塊的形成，合使血液在幾分鐘內停止流動[4]。在炎癥期，傷口部位出現局部釋放的生長因子（GFs）和細胞介質將中性粒細胞和單核細胞等炎癥細胞，因此產生的炎癥反應目的是清除異物、細菌和受損的內源性組織[5]。在炎癥末期階段，巨噬細胞GFs誘導成纖維細胞和上皮細胞增殖并遷移到創(chuàng)面[6]。在增殖期（創(chuàng)面形成2～3 d 內），形成新的血管，開始合成增強的膠原纖維，由上皮細胞、成纖維細胞和角化細胞構成肉芽組織[7]。在重塑階段，膠原蛋白的產生和分解趨于平衡，一些皮膚附屬物，如頭發(fā)、汗腺和皮脂腺可能會再生，漸漸形成功能性皮膚或半/非功能性疤痕組織[8]。

水凝膠是由聚合物鏈組成的三維網絡結構，由結合點連接，在水中膨脹至熱力學平衡，因其較好的親水性在組織工程和再生醫(yī)學中廣泛應用于合成仿生結構[9]。刺激響應性水凝膠是一種可以對周圍環(huán)境微小變化而產生較大物理化學變化的水凝膠，如降解、溶膠-凝膠相變及形態(tài)改變等[10]。與傳統水凝膠相比，刺激響應性水凝膠擁有空間、時間上的敏感性，用其材料制作的產品具有多重、可變、可控等性能[11]。根據刺激的環(huán)境因素不同可分為物理刺激響應如溫度響應、光響應、壓力響應、電響應和磁響應等；化學刺激響應如pH 響應、氧化還原響應和離子響應等[12]；生物化學響應如糖響應、酶響應、鹽響應等[13]。

基于水凝膠的傷口敷料是傷口護理中最有前途的材料之一，滿足了所需敷料要求，包括保持傷口濕潤的同時吸收大量滲出液，敏感下層組織的無粘連覆蓋，）通過對紅腫傷口的冷卻從而減少疼痛，對傷口愈合過程的積極干預的潛力[14]。

但因機體內環(huán)境復雜和疾病發(fā)展的不確定性，單一的刺激響應水凝膠體系不能完全滿足治療的需要，因此研究雙重或多重刺激響應水凝膠體系，不僅可以在一定程度上優(yōu)化材料性能，還能更好地應對機體環(huán)境的變化所帶來的治療不確定性，還能根據不同的病理環(huán)境，選擇合適的響應性水凝膠作為藥物的釋放體系從而達到精準治療。

本文根據刺激環(huán)境的不同，對雙重或多重刺激響應的水凝膠在創(chuàng)口愈合中的應用進行介紹。

1 pH、溫度雙重響應性水凝膠

溫度和pH 是人體重要的理化因素，正常完整的皮膚自然呈酸性，pH 在4～6，皮膚損傷時，由于微血管的滲漏，創(chuàng)面的pH 增加，在7.5～8.9，接近細菌感染的生理pH引起炎癥，導致傷口愈合時間延長[15]。然而在創(chuàng)面重建期階段，慢慢恢復創(chuàng)面的酸性環(huán)境從而減少表面微生物有利于傷口愈合[16]。傷口因其炎癥反應局部溫度會略高于正常溫度，而溫度過高有利細菌的生長和傷口感染[17]。所以根據傷口表面pH和溫度變化設計的刺激響應的水凝膠，可以有效加速傷口愈合。

ROSSELLA等設計了1種由兩親性聚醚聚氨酯（CHP407）制 備 溫 度 和pH 響 應 水 凝 膠（PCHP407）的方法，主要是利用大分子二醇的兩親性和通過等離子體處理暴露羧基基團，從而使合成的聚醚氨基甲酸乙酯能夠具有溫度和堿性pH雙重響應性的水凝膠。堿性pH誘導的水分子與暴露的羧基基團的相互作用能有效負載布洛芬，其釋藥性能明顯高于CHP407。此外，P-CHP407 水凝膠具有良好的生物相容性，在堿性pH 下，PCHP407水凝膠增強了布洛芬的傳遞動力學，具有作為治療慢性感染傷口的智能輸送系統的潛力[18]。

HANIF 等通過N-異丙基丙烯酰胺與丙烯酸交聯，并負載超微銀納米顆粒（AgNPs）制備1 種pH 和溫度雙重刺激響應的水凝膠，在酸性pH 下（pH＜5）Ag+釋放受到限制，在堿性pH（＞7.4）下顯著促進Ag+離子釋放（＞90%釋放量），pH在4或5.5時殺菌作用最弱，而pH在7.4和10時可以殺滅95%病原體。該水凝膠能夠有效清除金黃色葡萄球菌感染，顯著加快傷口愈合速度[19]。

2 基于葡萄糖響應的雙重響應性水凝膠

糖尿病患者的傷口愈合是極具挑戰(zhàn)的，當血液中的葡萄糖升高時，糖尿病患者皮膚組織的含糖量也隨之上升，外界大量的細菌和真菌就會在傷口中滋生，另外糖尿病患者的自身免疫能力差，非常容易出現局部感染的情況[20]。因此，基于葡萄糖響應的水凝膠可以根據體內血糖的變化從而對傷口作出反應，從而加速傷口愈合。

ZHAO等采用苯硼改性殼聚糖、聚乙烯醇和苯甲醛負載聚乙二醇，通過席夫堿和苯硼酸酯交聯制備pH和葡萄糖雙響應可注射水凝膠。在水凝膠中加入胰島素和L929，因其發(fā)生原位交聯可以通過pH、葡萄糖刺激觸發(fā)藥物從水凝膠中釋放，從而促進糖尿病創(chuàng)面新生血管和膠原沉積，促進創(chuàng)面愈合過程[21]。

LIANG 等基于席夫堿與苯硼酸酯的雙動力鍵，構建了pH、葡萄糖雙響應二甲福明釋放黏連增強自愈易去除、抗菌、抗氧化、導電、止血多功能苯硼酸和苯甲醛雙功能聚乙二醇-聚甘油癸二酸/二氫咖啡酸和精氨酸共接殼聚糖（PEGS-PBABA/CS-DA-LAG）水凝膠包扎劑，證明PEGSPBA-BA/CS-DA-LAG 水凝膠可以通過減少炎癥和促進血管生成促進II 型糖尿病足模型的創(chuàng)面愈合，對慢性運動性糖尿病傷口的愈合具有促進作用，為II型糖尿病足的治療提供了一種局部特異性藥物雙反應釋放策略[22]。

高含量的葡萄糖、高水平的基質金屬蛋白酶9(MMP-9)、長期的炎癥構成了糖尿病創(chuàng)面的特殊創(chuàng)面環(huán)境。ZHOU等以聚乙烯醇（PVA）和殼聚糖接枝苯基硼酸（CS-BA）為材料，通過負載胰島素（INS）和含有塞來昔布的明膠微球（GMs@Cel），設計并構建了葡萄糖和MMP-9 雙響應溫度敏感形狀自適應水凝膠（CBP/GMs@Cel&INS）[23]。

此外，水凝膠在體溫（約37 ℃）通過液體狀的性質填充了較深的傷口，在室溫（約25 ℃）形成具有固體狀的彈性水凝膠，可以保護傷口免受外力的傷害，通過溫度敏感形狀適應特性和雙響應系統的協同作用有效促進創(chuàng)面愈合。

3 基于活性氧響應的雙重響應水凝膠

活性氧（ROS）是細胞內有線粒體產生具有較高氧化活性的一類自由基，傷口或細菌感染產生的ROS 會阻礙傷口的愈合，因此通過制備活性氧清除型水凝膠可以有效降低傷口表面ROS 水平，從而促進創(chuàng)面愈合[24]。

SHI 等以苯硼酸改性透明質酸（HA-PBA）和植物源多酚單寧酸（TA）為原料，以硼酯動態(tài)共價鍵為基礎，制備了1種新型動態(tài)水凝膠。該水凝膠在溫和條件下快速凝膠化，并且可以實現負載蛋白分子的pH和ROS響應性釋放，具有高自由基的抗氧化性能和清除活性氧的能力，對慢性傷口的愈合具有促進作用[25]。

WANG 等將3-羧基苯基硼酸接枝到明膠分子骨架上，與聚乙烯醇交聯，負載萬古霉素偶聯銀納米團簇（VAN-AgNCs）和尼美舒利（NIM）的pH敏感膠束，合成了具有pH、ROS雙重響應的炎癥反應性載藥水凝膠。該水凝膠具有良好的注射性和流變性，可以通過增強止血、抗菌和抗炎性能來加速細菌感染糖尿病傷口的愈合[26]。

HU等通過將苯基硼酸接枝到藻酸聚合物側鏈上，并負載抗生素阿米卡星（AM）和抗炎藥物萘普生（Nap），得到了1種具有低pH和高ROS的高特異性雙響應水凝膠。該水凝膠對金黃色葡萄球菌的抑制率達到90%，對銅綠假單胞菌的抑制率達到98%，并且在酸性條件下，抗炎藥Nap能24 h從ROS 反應膠束中控制釋放，可以顯著促進感染創(chuàng)面的愈合[27]。

4 基于光響應的雙重響應性水凝膠

基于光的光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）在預防傷口感染和促進傷口愈合方面顯示出巨大的應用前景[28]。將光響應基團引入pH、溫度和氧化還原等響應性水凝膠中可制成基于光響應的雙重響應性水凝膠，對于傷口愈合具有更為靈活的治療方式。

JIN等研究發(fā)現適度調節(jié)創(chuàng)面部位的血管化和免疫微環(huán)境可以實現皮膚無瘢痕愈合。該研究以MXene 負載納米纖維（MNFs）為核心，多巴胺-透明質酸水凝膠（H）為外殼（MNFs@V@H@DA）包裹血管內皮生長因子（VEGF）和硫化氫供體（二烯丙基三硫醚(DATS)），制備了1種核殼結構的促血管生成、防疤痕創(chuàng)可貼。硫化氫從這個系統中持續(xù)釋放產生H2S，它會成功誘導巨噬細胞極化成M2型，調節(jié)免疫微環(huán)境，抑制傷口部位的過度炎癥反應。此外，通過調節(jié)近紅外（NIR）光暴露時間，MXene 納米纖維骨架可以釋放適量的VEGF，防止創(chuàng)面部位過度新生血管和細胞外基質沉積，這種近紅外光熱反應創(chuàng)可貼通過梯度控制血管化和受損皮膚組織的相關免疫順序反應實現了無疤傷口愈合[29]。

YU 等研究了1 種用于傷口敷料的低成本低溫凝膠。該冷凍凝膠僅由天然成分組成，以殼聚糖/絲素作為支架，單寧酸、鐵離子（TA/Fe3+）作為光熱治療的刺激響應劑?；诙喾N弱氫鍵和金屬配體配位，該低溫凝膠具有良好的柔韌性和可恢復性，其多孔結構具有很強的吸濕性，可以吸收血液止血。因TA/Fe3+絡合物的高光熱轉變活性，使得該低溫凝膠對革蘭氏陰性菌和陽性菌均表現出良好的抗菌活性。此外，低溫凝膠可以有效地根除傷口上的微生物，加速傷口愈合過程，具有良好的創(chuàng)面敷料應用前景[30]。

5 多重刺激響應水凝膠

傷口愈合過程涉及人體內環(huán)境的變化，包括pH、溫度、生長因子等等，單一刺激響應水凝膠往往不能達到預期的效果，多重刺激響應水凝膠可以較好的應對內環(huán)境的變化，對急性傷口和慢性傷口均有加速愈合的作用[31]。

HAN 等采用共價和離子雙交聯的方法制備了聚(N-異丙基丙烯酰胺)/角蛋白雙網絡（PNIPAAm/角蛋白DN）凝膠，該凝膠的膨脹率可達角蛋白含量的2 600%～4 600%，具有良好的組織液吸收能力。通過分析負載抗菌藥物醋酸氯己定（CHX）的釋藥性能，該水凝膠具有pH、溫度和ROS多種響應特性，并且該凝膠具備較好的組織再生能力，適合用于臨床傷口治療[32]。

目前用于創(chuàng)口愈合的水凝膠大多數只適用于淺表創(chuàng)面，而對于深度損傷的慢性創(chuàng)面愈合仍然具有挑戰(zhàn)[33]。YANG等設計了1種基于MXene的智能水凝膠給藥系統，具有光、磁多種響應能力和可控的藥物傳遞能力，適用于深度創(chuàng)面治療，由MXene 包裹磁性膠體和聚(N-異丙基丙烯酰胺)-海藻酸鹽雙網絡水凝膠組成，并負載銀納米粒子（AgNPs），在近紅外和交變磁場（AMF）條件下，系統溫度迅速升高，從而可控地觸發(fā)AgNPs的釋放[34]。該水凝膠不僅有較好的細胞相容性和生物實用性，還可以減少藥物毒副作用，促進創(chuàng)面愈合。

6 總結與展望

雙多重刺激響應水凝膠因其具有良好的生物相容性和多種智能響應性能廣泛用于創(chuàng)口愈合。傷口愈合過程中，會發(fā)生由酸性到堿性再到酸性的變化過程，局部傷口溫度升高，因細菌感染ROS 含量會上升，并且對于糖尿病患者，傷口處的葡萄糖含量會有一定程度的增加，雙多重響應水凝膠可負載藥物滿足智能給藥并有效抑制細菌生長，從而促進傷口愈合，具有良好的臨床應用前景。

目前所設計開發(fā)的水凝膠主要是單一刺激響應的水凝膠，主要是針對傷口的pH、溫度或者ROS 含量等某一種特定變化做出應答，在一定程度上促進傷口愈合，但是功能性較為單一。與單一刺激響應水凝膠相比，雙重或多重刺激響應水凝膠可以對2個或者多個環(huán)境變化做出反應，更好地滿足傷口愈合過程的多樣化需求，但是大多數雙重或多重刺激響應水凝膠主要用于淺表創(chuàng)面的治療，對于深度損傷的慢性傷口因其創(chuàng)面較大，細菌感染風險較大，應用具有一定的挑戰(zhàn)性。因此，從材料角度出發(fā)，可以深度研究創(chuàng)面愈合機制，設計開發(fā)多重刺激響應水凝膠以滿足不同類型的創(chuàng)面的需求，從而使水凝膠在傷口愈合方面有更廣闊的應用前景。