一种含有EGCG-Zr复合物的明胶/淀粉水凝胶组织粘合剂，该复合物具有抗菌、抗氧化和免疫调节作用，可用于促进伤口愈合

《Biomaterials Advances》：Gelatin/starch hydrogel tissue adhesive loaded with EGCG-Zr complex with antibacterial, antioxidant, and immunomodulatory properties for advanced wound healing

新型组织粘合剂EGCG-Zr@GDSH通过整合天然多酚EGCG与锆离子（Zr）的络合物，结合凝胶atin/starch水凝胶载体，实现了优异的粘附强度、生物相容性和多效功能，包括清除ROS、抑制细菌感染及调节免疫反应，显著促进伤口愈合。

　　

谢亚辉|刘云|赵海波|康旭敏|陶海腾|于斌|崔波

山东省科学院齐鲁工业大学生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，中国山东省济南市250353

摘要

外科缝合技术常用于止血和伤口闭合，但往往无法达到最佳效果，尤其是在撕裂伤后的止血和愈合过程中。此外，细菌感染、氧化应激和炎症等并发症往往会加重初始伤口，导致继发性损伤。在这项研究中，通过将天然表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（EGCG）与锆离子（Zr）螯合物（EGCG-Zr）整合到明胶/淀粉水凝胶（GDSH）中，开发出一种新型组织粘合剂。这种多功能组织粘合剂（EGCG-Zr@GDSH）具有优异的可注射性、比商业蛋白纤维基组织粘合剂更强的粘附力以及良好的细胞相容性。该水凝胶能够持续释放EGCG和Zr，从而发挥有效的抗菌作用。对切口伤口模型的体内组织学分析显示，EGCG-Zr@GDSH可促进血管生成和胶原蛋白沉积，清除活性氧，恢复细胞内氧化还原平衡，并减轻氧化应激引起的细胞损伤。此外，它还能调节M1型巨噬细胞的极化，从而减少促炎细胞因子的分泌并缓解炎症。这种水凝胶具有抗氧化和免疫调节特性，表明其在组织粘合剂应用中的潜力，同时也凸显了免疫调节在组织修复和再生中的重要性。

引言

缝合线和订书钉仍然是目前处理创伤和手术损伤引起的不规则撕裂伤的临床标准方法[1]、[2]。然而，这些方法通过机械穿透表皮并在伤口边缘产生张力，从而破坏了组织完整性[3]。这样的方法无法实现无缝的内部组织粘合，导致伤口容易渗液、细菌定植和愈合延迟[4]、[5]。损伤后的组织再生涉及一个严格调控的止血、炎症、增殖和重塑过程。伤口部位的细菌感染和持续炎症可能导致增生性瘢痕、溃疡甚至截肢[6]。伤口愈合需要活性氧（ROS）的微妙平衡：低水平的ROS可以促进细胞增殖和血管生成，而过量的ROS则会导致氧化应激和愈合障碍[7]、[8]、[9]。细菌入侵过程中产生的过量ROS会通过激活促炎信号通路（例如NF-κB）并上调IL-6和IL-1β等细胞因子的表达水平来加剧炎症，进而加重氧化损伤[10]。因此，迫切需要开发能够同时密封伤口、清除ROS并抑制微生物生长的先进组织粘合剂以应对这些多重挑战。

表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）是一种众所周知的生物活性多酚，具有强大的抗氧化、抗炎和促血管生成作用[11]。含有EGCG的创可贴可以加速小鼠的伤口愈合，因为它们具有强大的血管生成活性[12]。此外，含有EGCG的水凝胶创可贴可以通过促进新毛细血管的形成和上皮细胞的增殖来促进伤口愈合[13]。然而，EGCG的临床应用受到其快速酶降解和低生物利用度的限制。为了克服这些限制，人们开发了金属-酚复合物来提高EGCG的稳定性并延长其在体内的停留时间[14]、[15]。尽管基于铜的系统（例如Cu²⁺-EGCG）在清除ROS和促进血管生成方面表现出有效性[14]、[16]、[17]，但它们在治疗浓度下的细胞毒性带来了显著风险[18]。

锆（Zr）是一种生物惰性金属，具有低毒性和良好的生物相容性，广泛用于生物医学材料和植入物中。由于其5s和4d轨道的杂化作用，锆具有稳定的+4氧化态[19]、[20]、[21]。EGCG的儿茶酚结构使其能够与Zr⁴⁺形成强配位，从而在稳定状态下保持其药理活性，延长其在体内的停留时间。在这里，设计了一种抗氧化剂，通过EGCG和Zr⁴⁺的自组装协同作用来控制伤口部位的ROS水平。预计EGCG-Zr复合物具有高效的ROS清除能力（包括自由基O^2?和H₂O₂），从而保护线粒体免受氧化应激损伤，下调促炎细胞因子的表达水平，并发挥免疫调节作用。

有效输送EGCG-Zr需要一种兼具良好粘附性、可控释放和生物相容性的载体[22]、[23]。过去已经开发了许多类型的水凝胶粘合剂[5]、[24]。例如，合成水凝胶虽然机械性能可调，但通常会因残留单体而引发炎症反应[25]、[26]。天然聚合物明胶和双醛淀粉（DAS）具有优异的细胞相容性和酶降解性[27]、[28]、[29]。据先前的报道，明胶/双醛淀粉水凝胶（GDSH）已在医疗领域得到应用[30]、[31]、[32]。在我们之前的研究中，我们发现GDSH可以通过维持湿润的愈合环境来表现出出色的组织粘附性和促进伤口闭合[33]。因此，通过将EGCG-Zr整合到GDSH中，开发出了EGCG-Zr@GDSH，以消除天然成分的局限性，控制Zr⁴⁺的释放，并改善水凝胶的生物特性（抗氧化、抗菌和抗炎功能）。

本研究通过将金属-酚配位化学与天然聚合物工程相结合，开创了抗氧化活性组织粘合剂的合理设计。合成了EGCG-Zr复合物并将其整合到GDSH中。对所得EGCG-Zr@GDSH的系统表征显示，其具有优化的机械性能、降解性能、抗氧化效果以及对革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性（大肠杆菌）细菌的抗菌活性。体内验证证实了其优异的生物相容性、加速的伤口闭合和增强的组织再生能力。机制研究表明，Zr介导的EGCG配位稳定作用和EGCG驱动的免疫调节作用可以在GDSH基质内促进伤口愈合。通过分离这些互补机制，本研究为组织粘合剂在慢性伤口治疗、烧伤管理和微创手术中的应用提供了蓝图。

材料

1-羟基苯并三唑一水合物（HOBT，≥98%）、1-乙基-3-(3-(二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC，≥98%）、碳酰肼（CDH，≥95%）、胶原酶I、表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（EGCG，≥99%）、聚（4-苯乙烯磺酸钠）（PSS，Mw≈70 kDa）、明胶A型（Bloom 300）、四氯化锆（ZrCl₄，≥98%）、3- morpholinylpropyl磺酸（MOPS，≥99%）和1,1-二苯基-2-吡咯烷基（DPPH，≥98%）均购自上海Aladdin生化科技有限公司。

EGCG-Zr复合物的合成和结构表征

为了实现可控的治疗性释放，通过将EGCG-Zr复合物包覆在CaCO₃微球上，然后洗脱CaCO₃模板，制备出均匀的球形结构（图2a）。傅里叶变换红外光谱（图2b）证实了EGCG-Zr复合物的成功合成以及CaCO₃模板的去除。EGCG在3440 cm^?1处显示宽的-OH伸缩带，该带随着处理过程移至3410 cm^?1。

结论

在这项研究中，通过简单的共组装成功合成了新型EGCG-Zr复合物，开发出了EGCG-Zr@GDSH，这是一种高效的组织粘合剂，具有强大的多种ROS清除能力。值得注意的是，EGCG-Zr@GDSH可以有效清除ROS并保护线粒体免受氧化应激损伤。作为一种组织粘合剂，EGCG-Zr@GDSH水凝胶具有可注射性、动态自愈能力、抗菌作用等优势。

CRediT作者贡献声明

谢亚辉：撰写初稿、进行正式分析、数据管理。刘云：撰写初稿、进行正式分析、数据管理。赵海波：数据管理。康旭敏：进行正式分析。陶海腾：开展研究、提出概念。于斌：撰写初稿、争取资金、进行正式分析、数据管理、提出概念。崔波：提供监督和资金支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。所有作者均参与了论文的编辑和修订工作，并同意最终版本的发表。

致谢

本工作得到了齐鲁工业大学（山东省科学院）“科教产融合重大创新试点项目”（2025ZDZX15）和山东省现代农业粗粮产业技术体系（SDAIT-15-15）的支持。