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开发基于可注射光固化甲壳素-胶原蛋白互穿网络（ColMA-K@IPN）水凝胶以加速慢性伤口愈合，通过调整胶原蛋白浓度、紫外线照射时间和温度调控机械性能。FTIR和NMR证实甲壳酸化胶原蛋白（ColMA）的形成。流变学显示ColMA浓度和UV处理时间升高储能模量（G'），而角蛋白浓度增加会降低G'。体外细胞 scratch实验和体内动物模型证明含0.5 wt%角蛋白的ColMA-K@IPN（ColMA-K0.5@IPN）能显著促进伤口愈合，其机制涉及调控角蛋白细胞迁移和生物分子释放。
Jae Hwan Choi|Haram Nah|Han-Jun Kim|Sung Jun Min|Donghyun Lee|Sang-Hyun An|Wheemoon Cho|Suk-Ho Moon|Sun Hee Do|Il Keun Kwon|Dae Hyeok Yang|Dong Nyoung Heo
韩国庆熙大学研究生院生物医学科学与技术系，首尔，02447
摘要
传统的水凝胶创可贴具有不可调节的机械性能，仅作为被动屏障，导致伤口愈合缓慢。能够刺激伤口收缩和组织变形的先进水凝胶创可贴有可能加速慢性伤口的愈合，这类伤口通常愈合时间长且感染风险高。在本研究中，我们开发了可注射的光固化甲基丙烯酸化胶原蛋白-角蛋白互穿网络（ColMA-K@IPN）水凝胶，以促进伤口快速愈合。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和1H核磁共振（NMR）分析证实了通过胶原蛋白与甲基丙烯酸酐的缩合反应形成了甲基丙烯酸化胶原蛋白（ColMA）。对ColMA水凝胶的流变学分析表明，较高的ColMA浓度、较长的紫外线照射时间和较高的测试温度会导致储存模量（G'）和损耗模量（G"）增加。由于胶原蛋白与角蛋白之间的氢键形成阻碍了胶原蛋白的自组装，ColMA-K@IPN的G'值随角蛋白浓度的增加而降低。细胞活力和增殖测试表明，所有测试的ColMA水凝胶（2%、3%和4% ColMA）以及ColMA-K@IPN（0.1%、0.5%和1.0%角蛋白）都具有生物相容性。体外和体内测试（包括细胞划痕实验、RT-qPCR、动物实验和组织病理学评估）表明，ColMA-K0.5@IPN具有优异的伤口愈合能力。我们的研究结果表明，ColMA-K0.5@IPN在快速促进伤口愈合方面具有临床潜力。
引言
当皮肤因创伤、手术或皮肤病而受到严重损伤时，它会失去其保护屏障功能[1]、[2]。特别是慢性伤口对健康和社会经济造成了重大挑战[3]。为了促进愈合，研究人员专注于开发能够为组织再生创造最佳微环境的创可贴[4]。然而，迄今为止大多数临床使用的创可贴仅具有单一功能——例如作为物理屏障或吸收渗出物——仍无法满足伤口愈合的复杂生物学需求[5]、[6]。
与传统创可贴相比，水凝胶在伤口愈合方面具有多种优势[7]、[8]。它们可以适应各种形状的伤口，减少患者不适，改善伤口微环境，预防感染，并促进整体愈合过程[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。细胞外基质（ECM）在伤口愈合中起着关键作用，因为它能促进上皮再生和血管生成；因此，由于水凝胶与ECM在结构上的相似性，它们引起了广泛的研究兴趣[14]、[15]、[16]。然而，单一网络的水凝胶往往缺乏足够的机械强度，无法完全满足提供稳定结构支持、促进细胞浸润、实现生物活性分子的持续释放以及与组织再生同步降解等生物学要求[17]、[18]。这些局限性可以通过互穿聚合物网络（IPN）水凝胶来解决，这种水凝胶结合了多种聚合物网络，从而增强了机械稳定性、孔隙率、生物活性和可控的降解性，从而更好地支持复杂的伤口愈合过程[19]。尽管如此，针对创可贴应用定制的IPN水凝胶的研究仍然相对有限[20]、[21]、[22]。
可注射水凝胶也是创可贴的有希望的候选材料，因为它们可以通过微创注射适应不规则的伤口形状[23]。这些水凝胶可以通过非共价相互作用（如亲水/疏水相互作用、氢键、静电相互作用和主客体相互作用）或化学交联方法（包括席夫碱形成、硼酸酯形成、硫醇化学和环加成反应）进行物理交联[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]。在本研究中，我们利用光交联策略开发了可注射水凝胶，利用了紫外光激活系统的固有模块化特性。虽然甲基丙烯酸化基质的光交联和机械可调性的基本原理已有充分文献记载[32]、[33]、[34]、[35]，但这些特性为系统研究掺入蛋白质的复杂生物信号提供了一个精确的平台。这种方法允许对物理环境进行微调，这对于将机械信号与互穿相提供的生化信号分离至关重要。
我们的系统由甲基丙烯酸化胶原蛋白（ColMA）和人发来源的角蛋白组成。胶原蛋白是ECM的关键成分，参与炎症、血管生成和重塑[36]、[37]。相反，角蛋白因其在上皮修复和细胞粘附中的强生物活性而受到认可[38]、[39]、[40]。虽然之前已经探索了各种胶原蛋白-角蛋白复合材料在组织再生中的潜力[41]、[42]，但本工作的核心创新在于阐明了在物理IPN结构内的协同作用，其中角蛋白在共价交联的ColMA框架中物理缠结。与将角蛋白视为简单添加剂的传统研究不同，我们假设角蛋白的互穿缠结密度是调节角质形成细胞运动的关键因素。我们研究了这些ColMA–角蛋白@IPN（ColMA-K@IPN）水凝胶的流变学和结构特性，明确了角蛋白的物理存在如何调节基础胶原蛋白网络。此外，通过一系列体外划痕实验和体内动物模型以及RT-qPCR分析（评估迁移相关标记物）评估了其生物效果。通过这种综合方法，我们发现了依赖浓度的上皮再生模式，为角蛋白细胞对IPN递送的角蛋白的阈值依赖性反应提供了新的机制见解。这项研究超越了光固化水凝胶的既定用途，提出了一种复杂的生物活性IPN系统（图1），精确地协调了快速和增强伤口愈合所需的分子和细胞事件。
材料
从MSBIO公司（韩国庆尚南道城南）购买了I型atelocollagen。甲基丙烯酸酐（MA）、氢氧化钠（ACS试剂，≥97.0%）、盐酸溶液、磷酸二氢钠（≥99.0%）和邻苯二甲醛从Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）获得。2-羟基-4′-(2-羟基乙氧基)-2-甲基丙酮（Irgacure D-2959；>98.0%）由东京化学工业有限公司（日本东京）提供。
ColMA衍生物的制备和表征
将甲基丙烯酸基团结合到天然聚合物骨架上是制造光固化水凝胶的常用策略[44]、[45]，并且使用了多种可在紫外光或可见光下激活的光引发剂[29]、[35]。如图1A所示，胶原蛋白和甲基丙烯酸酐（MA）都显示出独特的FTIR峰。例如，胶原蛋白在3300 cm?1附近显示宽的O-H伸缩带，在1632 cm?1处显示酰胺I峰，在1544 cm?1处显示酰胺II峰。相比之下，MA
结论
本文设计了基于ColMA和角蛋白IPN的光固化水凝胶，作为增强伤口愈合的剂。我们的光固化水凝胶系统可以通过改变ColMA浓度、角蛋白浓度、紫外线照射时间和温度等参数来调节机械性能。较高的ColMA浓度和较长的照射时间由于ColMA水凝胶中交联密度的增加而使其具有更强的机械性能。
CRediT作者贡献声明
Jae Hwan Choi：撰写——原始草稿、验证、方法学、研究、数据管理。Haram Nah：撰写——原始草稿、验证、方法学、研究、数据管理、概念化。Han-Jun Kim：撰写——原始草稿、验证、方法学、研究、数据管理、资金获取、正式分析。Sung Jun Min：验证、方法学、研究、数据管理。Donghyun Lee：验证、方法学、研究、数据管理。Sang-Hyun An：验证，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了韩国贸易、工业和能源部（MOTIE）（编号：20017939、20017645、20026565和00419232）的支持；通过韩国健康产业开发研究所（KHIDI）由卫生福利部（HI22C1572）资助的韩国健康技术研发项目；以及全罗北道资助的全罗北道先进生物研发计划（编号：2025_JE_A_2）的资助。此外，还得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助（
