近红外编程收缩水凝胶“智能创可贴”破解口腔贯通瘘高张力愈合难题

《Cell Biomaterials》：Photothermal-programmed hydrogel patches for stress-oriented contraction and regeneration of penetrating oral fistulas

针对口腔贯通瘘（POF）边缘张力高、微环境复杂、易感染复发等临床痛点，Shi等设计光热编程收缩水凝胶贴片（b-PNITH），实现4.04倍应力增强与2.53倍界面黏附协同，促进肌细胞定向排列（取向因子0.87）及血管再生，兔模型11天无疤愈合，为深部瘘管“机械辅助-免疫调控”治疗提供新范式。

　　

口腔贯通瘘（penetrating oral fistula，POF）就像脸颊上被打通的“隧道”，食物残渣、唾液和细菌日夜冲刷，边缘组织被持续高张力“拽”得无法靠拢，传统碘仿纱条、胶原塞只能被动“堵”，却堵不住反复感染和瘢痕增生。更棘手的是，口腔每天开合上万次，任何敷料既要像口香糖一样黏得牢，又得像肌肉一样会“发力”把瘘口拉合，还要在细菌与氧化应激的“枪林弹雨”中保护新生组织——这道难题至今让临床医生头疼。

为破解“堵不住、合不拢、易留疤”的三重困境，同济大学王启刚/王霞团队联合上海九院报道了一种“光热编程收缩水凝胶贴片”（borate-doped polyaniline-NIPAAm-THMA hydrogel，简称b-PNITH）。该材料在808 nm近红外（NIR）照射下迅速升温，触发温敏NIPAAm链段疏水塌缩，产生高达18 kPa的主动收缩力；同时硼酸酯动态键与三羟基团协同，使界面黏附强度从6.3 kPa飙升至22.3 kPa，足以对抗POF边缘张力。收缩应力通过整合素β1（integrin β1）-黏着斑（focal adhesion，FA）-黏着斑激酶（FAK）磷酸化轴传递至肌母细胞，诱导细胞取向排列（取向因子0.87）并促进肌管融合；同步清除ROS、光热杀菌、极化M2巨噬细胞，重塑免疫微环境。新西兰兔15 mm直径贯通瘘模型显示，b-PNITH+NIR组11天实现完全无疤愈合，胶原沉积减少，血管密度增加2.3倍，转录组证实炎症、血管生成及细胞迁移通路显著激活。论文2026年9月发表于《Cell Biomaterials》。

关键技术速览：

1. 级联酶催化自由基聚合：GOx/Fe(Gly)_{触发NIPAAm与THMA常温快速凝胶化；}
2. 硼酸酯侧链掺杂聚苯胺（b-PANi）合成：提升中性pH下NIR-I区光热转换效率至32.89%；
3. 光-热-力实时测试：联用红外热像仪与电子万能试验机量化收缩应力；
4. 有限元模拟（ABAQUS）：预测温度-黏附面积-瘘口闭合速率关系；
5. 兔POF模型：上海九院伦理委员会批准，15 mm贯通瘘，4/7/11天序列取材；
6. 转录组测序（RNA-seq）：第4天瘘旁组织，NCBI编号PRJNA1249128。

研究结果分述：
设计表征与力学性能
通过调控THMA/NIPAAm比例，b-PNI_{TH凝胶弹性模量可在25–46 °C区间提升4.04倍，屈服应变高达3597%，连续90%压缩90次无破裂，动态硼酸酯/氢键赋予自修复性能。}

光热编程收缩-黏附协同
0.25 wt% b-PANi的b-PNI_{TH在808 nm (2 W cm^{)照射30 s即达46.7 °C，10 min收缩应力18.03 kPa；小鼠离体皮肤试验显示瘘口面积缩小至41.9%，有限元模拟闭合率36.78%，与实测吻合。}}

抗氧化与免疫微环境调控
b-PNITH对DPPH、·O^{_{、HO、·OH清除率分别达86.9%、72.5%、67.7%、56.6%；LPS+HO刺激RAW264.7细胞模型中，M1标志iNOS从66.4%降至38.1%，M2标志CD206从2.2%升至67.6%，IL-10同步上调。}}

机械力介导肌母细胞命运
C2C12细胞在b-PNI_{TH+Fibr表面培养，integrin β1高表达触发vinculin聚集与pFAK激活，α-actin纤维长度增加1倍，取向因子0.87；第5天MyHC阳性肌管长度141 μm，显著高于对照组，提示收缩应力驱动肌生成。}

有限元模拟优化
模拟显示当温度>33 °C、凝胶模量>40 kPa、黏附面积>60%时，POF闭合速率随三参数线性增加，为后续深部瘘管NIR-II/磁热/超声响应设计提供理论依据。

体内疗效与生物安全
新西兰兔摄入与SD大鼠皮下植入30天，血常规、肝肾功能及主要器官H&E染色无异常。15 mm POF模型中，b-PNITH+NIR组第11天愈合指数100%，胶原体积分数降低，8-OHdG、4-HNE氧化损伤标志显著下调，M2巨噬细胞升至73.9%，血管密度42 mm^{，α-actin表达提高16.8%，实现快速、无疤、功能重建。}

结论与展望
b-PNITH水凝胶通过“光热编程收缩-机械转导-免疫调控”三位一体策略，首次将主动收缩力、ROS清除、抗菌及促血管再生集成于单一敷料，突破传统“被动填塞”模式，为口腔及其他高张力贯通瘘（如肛瘘、腹壁瘘）提供“机械辅助-微环境重塑”新范式。未来采用NIR-II或超声响应材料，可进一步拓展至深部瘘管，推动个体化无疤愈合进入临床。