基于聚己内酯/明胶的多功能电纺纳米纤维垫，添加了杜氏盐藻（Dunaliella salina）油，具有潜在的抗氧化活性、抗炎活性和伤口愈合应用前景

《International Journal of Biological Macromolecules》：Multifunctional electrospun nanofiber mats based on polycaprolactone/gelatin incorporated with Dunaliella salina oil for potential antioxidant activity, anti-inflammatory activity and wound healing applications

基于电纺技术制备聚己内酯/明胶纳米纤维负载盐生拉定藻油，可有效清除自由基、调节巨噬细胞极化及抑制炎症因子，促进伤口愈合并维持微环境稳定。

　　

张丽娟|于晓颖|魏琴|白曦|王英波

新疆师范大学化学与化学工程学院，乌鲁木齐，830054，中国

摘要

伤口组织中活性氧（ROS）的过度积累会导致严重的氧化应激和炎症反应，显著阻碍伤口愈合。因此，有效清除伤口部位的多余ROS并缓解炎症对于恢复机体微环境和促进伤口愈合至关重要。在本研究中，利用静电纺丝技术制备了负载了Dunaliella salina（D. salina）油脂的聚己内酯/明胶（PCL/GT）静电纺丝纳米纤维，以促进伤口愈合。通过分析测试表征了这些静电纺丝纳米纤维的物理化学性质，并评估了它们的抗氧化和抗炎活性。结果表明，制备的静电纺丝纳米纤维具有随机取向的纤维形态，平均纤维直径在0.34至0.97微米之间，类似于天然细胞外基质的结构。PCL/GT静电纺丝纳米纤维能够有效负载D. salina油脂，具有良好的透气性、吸水性（204–5138克/平方米·天）、热稳定性（高达410摄氏度）、足够的机械性能（拉伸强度高达5.85兆帕，断裂伸长率高达162.67%），并且对L929成纤维细胞无细胞毒性（细胞存活率≥80%）。此外，这些静电纺丝纳米纤维能够持续释放DSO长达30天，在24小时内显著促进细胞迁移（PCL/GT/DSO组约52%，对照组约34%），同时能够清除外源性氧化剂并促进巨噬细胞介导的内源性抗氧化反应，以对抗氧化应激损伤。它们还能调节巨噬细胞的极化及炎症细胞因子的表达，发挥抗炎作用。这为伤口愈合创造了理想的微环境，显示出在伤口敷料应用中的巨大潜力。

引言

皮肤作为人体最大的器官，是保护身体免受外部环境刺激的天然屏障[1]、[2]、[3]。然而，各种外部损伤、医疗程序和慢性疾病会不同程度地损害皮肤，影响其功能[4]。伤口愈合是一个动态且复杂的过程[5]。在炎症阶段，巨噬细胞通过调节活性氧（ROS）的分泌，在维持机体微环境方面起着关键作用[6]。低水平的ROS可刺激细胞迁移和血管生成，支持正常的细胞功能[7]、[8]，而高水平的ROS则会导致氧化应激和持续性炎症，从而导致细胞损伤和死亡[9]、[10]。因此，有效清除伤口部位的多余ROS并缓解炎症反应是恢复机体微环境和促进伤口愈合的关键。

天然产物在药物研究中一直发挥着重要作用，并对人类疾病的治疗产生了深远影响[11]、[12]。Dunaliella salina（D. salina）是一种主要存在于盐湖和海洋中的嗜盐绿藻，以其耐受性和在恶劣自然条件下的生长能力而闻名，被誉为“死海中绽放的生命奇迹”[13]。D. salina的油脂提取物富含生物活性化合物，如脂肪酸、生育酚和β-胡萝卜素，在食品和医疗保健等领域具有独特应用[14]。研究表明，D. salina中的β-胡萝卜素含量可高达干生物量的13%，其中主要形式为9-cis-β-胡萝卜素，具有出色的抗炎和抗氧化活性[15]。然而，β-胡萝卜素极易受到光照、高温和氧气等外部因素的影响，大大限制了其实际应用[16]。因此，将这些天然生物活性化合物封装起来是保持其长期效力的有效方法[17]。El-Baz等人[18]将D. salina的己烷-乙酸酯提取物与壳聚糖结合制备纳米颗粒，然后将其纳入水凝胶中以促进伤口愈合。体内研究表明，由于含有β-胡萝卜素，该水凝胶通过降低肿瘤坏死因子（TNF-α）的表达和增加血管内皮生长因子（VEGF）及I型胶原蛋白的表达，有效促进了伤口愈合和组织再生。与对照组相比，应用10天后，水凝胶处理组的伤口愈合速度提高了4.2倍。

除了纳米颗粒封装方法外，还使用了水凝胶、微针贴片和静电纺丝等多种方法用于伤口敷料。然而，由于水凝胶含水量高，其防止细菌侵袭的能力有限[19]、[20]，而微针贴片可能具有侵入性且机械性能较差[21]、[22]，这可能阻碍其在皮肤修复中的实际应用。静电纺丝是一种从各种有机聚合物制备微/纳米纤维的有效方法。所得纤维材料具有较大的表面积、高孔隙率和表面功能化特性，能够模拟皮肤的天然细胞外基质（ECM）[23]，从而促进细胞黏附、增殖和迁移，使其成为伤口愈合的有希望的候选材料[24]、[25]、[26]。聚己内酯（PCL）是一种被美国食品药品监督管理局（FDA）批准的生物相容性聚合物[27]，因其良好的机械性能、可生物降解性和无细胞毒性而广泛应用于生物医学领域[28]。然而，PCL的高疏水性在伤口愈合过程中仍存在一定的局限性。明胶（GT）是一种亲水性天然聚合物[29]，可以与PCL结合以降低其疏水性，同时保持其机械性能[30]，在生物医学领域具有广泛的应用潜力。

基于以上分析，本研究旨在利用静电纺丝技术制备负载D. salina油脂的聚己内酯/明胶静电纺丝纳米纤维。目标是开发一种具有良好药物释放特性和生物活性的纤维敷料。这种纤维敷料能够有效清除多余ROS，防止氧化应激，促进巨噬细胞从M1型极化为M2型，并调节炎症细胞因子的分泌，从而缓解炎症并促进伤口愈合。它在伤口敷料应用中具有巨大潜力，为微藻资源的高价值利用提供了宝贵的参考（方案1）。

材料

本研究中使用的冻干Dunaliella salina粉末购自内蒙古中岩化工有限公司（中国内蒙古自治区）。聚己内酯（PCL，分子量=80,000）购自Macklin生化技术有限公司（上海，中国）。明胶（GT，猪皮来源，A型，300克/ Bloom）购自Sigma-Aldrich Trading有限公司（默克）。六氟异丙醇（HFIP）、2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）

负载DSO的静电纺丝纳米纤维的制备与表征

如图1a所示，所有静电纺丝膜均由密集、随机排列的纤维组成，紧密模拟了天然细胞外基质的结构。纯PCL纳米纤维具有良好的形态，与明胶（GT）混合后，平均纤维直径从0.34±0.15微米增加到0.50±0.16微米。随着DSO含量从2.5%增加到10%，纤维直径呈增长趋势。PCL/GT-2.5%DSO、PCL/GT-5%DSO和PCL/GT-10%DSO的平均纤维直径分别为

结论

本研究利用静电纺丝技术制备了负载DSO的PCL/GT静电纺丝纳米纤维，制备出具有优异药物释放特性和生物活性的纤维敷料。结果表明，所有制备的静电纺丝纳米纤维均具有随机取向的纤维形态。其中，PCL/GT-10% DSO纳米纤维具有适当的透气性（3684.24±133.46%）、吸水性（170.43±8.04%）和可降解性。

CRediT作者贡献声明

张丽娟：撰写——原始稿件、研究、数据管理、概念构思。于晓颖：撰写——审稿与编辑、研究。魏琴：撰写——审稿与编辑、研究。白曦：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。王英波：撰写——审稿与编辑、监督。

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财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了新疆维吾尔自治区创新环境（人才与基地）发展专项计划 - 自然科学基金一般项目（202501A51）的支持。