综述：魔芋葡甘聚糖基自修复水凝胶用于高效伤口管理的研究进展

《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》：Recent Advances in Konjac Glucomannan-Based Self-Healing Hydrogels for Effective Wound Management

本文全面综述了魔芋葡甘聚糖（KGM）基自修复水凝胶在急性和慢性伤口管理中的最新研究进展。作为一种天然多糖，KGM因其优异的生物相容性、亲水性及丰富的可修饰羟基而成为理想的水凝胶基质。综述重点阐述了基于动态共价键（如席夫碱、酰腙键）和可逆非共价作用（如氢键、金属配位）构建的自修复网络，并详细介绍了羧甲基化、氧化、酯化等多种KGM化学修饰策略如何优化其机械性能与生物活性。文章通过丰富的案例，探讨了此类水凝胶作为功能化伤口敷料，在止血、抗菌、抗氧化、调节免疫微环境和促进血管生成等方面的应用潜力，特别是在复杂伤口环境下维持结构完整性和持续释放药物的优势，并展望了其临床转化面临的挑战与未来方向。

　　

魔芋葡甘聚糖基自修复水凝胶：构建策略与伤口愈合应用

皮肤是人体最大的器官，作为抵御微生物入侵、机械损伤和环境应激的首要屏障。然而，急性与慢性伤口会破坏此屏障功能，急需有效策略以促进快速修复。在众多先进伤口敷料中，水凝胶因其优异的吸液能力、维持湿润微环境和促进组织再生而备受关注。其中，魔芋葡甘聚糖（KGM）作为一种天然、生物相容且可降解的多糖，因其富含羟基的化学可调骨架和亲水性，正日益成为高级伤口敷料基质的研究热点。近年来，基于可逆非共价相互作用和动态共价键的KGM基自修复水凝胶被广泛报道，它们能在机械破坏后快速恢复，从而增强耐久性、可注射性以及对不规则或受压创面的贴合能力。

1. KGM的化学结构与修饰

KGM是一种主要由β-1,4-糖苷键连接的D-甘露糖和D-葡萄糖单元组成的杂多糖，其化学式为（C₆H₁₀O₅)_n。分子链上富含羟基及稀疏的乙酰基取代，这赋予了KGM高亲水性和可调节的流变行为。然而，天然KGM的高粘度和凝胶行为可能限制其在药物递送等生物医学应用中的实用性。因此，化学修饰对于提升其机械性能、调控水合行为及引入反应性功能至关重要。主要的修饰策略包括：

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  羧甲基化：引入带负电的羧甲基，提高水溶性和热稳定性。
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  氧化：将羟基转化为醛基，形成氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM），可与含氨基聚合物通过席夫碱（Schiff-base） 反应构建动态网络，是自修复水凝胶的常用策略。
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  脱乙酰化：移除乙酰基，降低表观粘度，提高链柔性和拉伸强度。
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  酯化：在KGM骨架上引入酯键，可改善溶解性、结晶度和药物缓释性能。
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  接枝共聚：将聚合物链或功能侧基共价连接到KGM上，以增强机械性能或引入响应性。

2. 自修复水凝胶的设计与制备

自修复水凝胶的核心在于其网络内动态平衡的可逆交联作用。KGM基自修复水凝胶主要利用两种策略构建动态网络：

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  动态共价键：如席夫碱、酰腙键、硼酸酯键和金属配位键。其中，席夫碱反应（OKGM的醛基与含氨基聚合物如ε-聚赖氨酸、壳聚糖的胺基反应）因生理相容性和快速反应动力学而被广泛应用。酰腙键则具有更好的水解稳定性，适合长期伤口覆盖。
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  非共价相互作用：如氢键、离子相互作用和疏水缔合。氢键作用虽弱，但其快速结合-解离动力学赋予水凝胶高效的应力松弛和形状适应性。

通过合理选择交联剂和键合化学，可以精细调控水凝胶的凝胶时间、自修复效率、力学性能和粘附性，以满足不同类型伤口（如出血伤口、移动伤口或脆弱创面）的特定需求。

3. 功能化与伤口愈合应用

KGM及其衍生物不仅作为物理基质，还具有抗氧化、抗炎等有益的生物活性，能清除活性氧（ROS），抑制TNF-α/NF-κB等促炎通路。基于此，KGM自修复水凝胶已被开发用于多种伤口模型。

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  急性伤口管理：目标在于快速止血和恢复组织功能。例如，负载止血药乙胺香豆素的OKGM/ε-聚赖氨酸水凝胶，通过席夫碱交联形成，具有可注射、自修复和强组织粘附性，能有效控制出血并加速伤口闭合。此外，结合Ga³⁺离子配位或负载间充质干细胞外泌体的水凝胶系统，还能提供抗菌活性和促进组织再生。
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  慢性伤口管理：
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    慢性糖尿病伤口：特征是高氧化应激、持续炎症和血管生成受损。有研究设计了一种基于OKGM的双层自修复水凝胶，上层负载银和富里酸纳米颗粒用于抗菌和清除ROS，下层封装莱茵衣藻微机器人以在光刺激下持续产氧，从而协同解决感染和缺氧问题，显著促进了糖尿病大鼠模型的伤口愈合。
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    感染性慢性伤口：微生物生物膜的形成是主要障碍。将抗菌成分（如儿茶素、银纳米颗粒（AgNPs）、氧化锌纳米颗粒（ZnONPs））或促再生活性物质（如外泌体、小檗碱）整合到KGM自修复水凝胶中，可以实现药物的控释，协同发挥抗菌、抗炎、促进血管生成和胶原沉积的作用，有效管理感染并促进愈合。

4. 挑战与未来展望

尽管KGM基自修复水凝胶展现出巨大潜力，但其临床转化仍面临挑战：

1. 1.
   力学性能：原生KGM水凝胶可能存在脆性、机械强度不足或过度溶胀的问题。通过与黄原胶、胶原或壳聚糖等其他聚合物复合，可以增强其弹性、韧性和抗变形能力。
2. 2.
   控释性能：未修饰的KGM水凝胶对生物活性物质（如抗生素、生长因子）的包封和控释能力有限。通过化学修饰和构建多重动态网络，可以实现更精准、持久的药物释放。
3. 3.
   长期稳定性与降解匹配：自修复水凝胶在复杂伤口环境中的长期稳定性，以及其降解速率与伤口愈合阶段的匹配性仍需优化。可调的、与组织再生进程同步的降解行为是未来设计的重要方向。
4. 4.
   临床转化：大规模生产、长期生物安全性评估以及满足监管要求是推动此类创新材料从实验室走向临床的关键步骤。

总之，KGM基自修复水凝胶凭借其动态可逆的网络、良好的生物相容性和可功能化特性，为开发新一代智能、响应性伤口敷料提供了有前景的平台。通过持续的材料优化和深入的临床前研究，它们有望在未来为急慢性伤口管理提供更有效的解决方案。