《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Biocompatible Vanillin-Crosslinked Polyvinylpyrrolidone/Chitosan Hydrogels for Controlled Berberine Release and Enhanced Dermal Repair
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制备壳聚糖/PVP超薄水凝胶膜负载黄连素并验证其促进伤口愈合、抗菌及抗氧化活性。摘要：
Simran|Siva Sankar Sana|Seema Bansal|Rishabh Chaudhary|Khushboo Aggarwal|Seong-Cheol Kim|Arun Kumar
印度南比哈尔中央大学健康科学学院药学系，Gaya-824236
摘要
由于皮肤溃疡可能致命，并且由于持续的炎症和环境相互作用容易感染，因此治疗皮肤溃疡的需求日益增长。本研究旨在制备超薄水凝胶膜以加速伤口愈合过程。在本研究中，使用香草醛（VA）（浓度为5%、10%和15%）作为交联剂，将小檗碱（BER）装载到壳聚糖（CH）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水凝胶膜中。众所周知，BER具有抗菌、抗炎和抗氧化特性。进一步评估了合成水凝胶的多种物理化学和生物特性。形态学图像显示该水凝胶具有相互连接的多孔结构。当在3T3-L1细胞中测试浓度范围为1至7 μg/ml时，CH/PVP/VA水凝胶和CH/PVP@BER-VA水凝胶的细胞毒性较低，溶血率低于2%，验证了所制备水凝胶膜的无毒性。在pH 6.8条件下，水凝胶膜在72小时内释放了约95%的BER，表明BER可以从水凝胶基质中持续释放。抗氧化研究结果表明，BER通过生成氢原子有效清除自由基，可将氧化应激引起的细胞死亡风险降低约50-60%。此外，组织学研究证实BER有利于细胞增殖和伤口愈合。此外，这种方法还可以作为生产连续、大规模伤口敷料材料的快速有效方法，为未来的研究提供参考。
引言
皮肤溃疡是现代世界中最常见的问题之一，约占创伤性损伤的30%[1]。皮肤是抵御多种物理、化学和机械损伤以及微生物攻击的最重要屏障[2]。皮肤溃疡分为急性和慢性两种类型，急性溃疡的主要原因是皮肤受到机械、化学或手术干预。慢性溃疡则由烧伤、压疮、糖尿病和微生物感染引起[3]。未愈合的伤口极具生命危险性，而且由于持续的炎症和环境接触，也容易发生感染[4]。伤口愈合是一个复杂的生理过程，包括止血、炎症、细胞增殖和组织再生等关键阶段，同时伤口部位会积累细胞因子、细胞外蛋白和红细胞[5]。这些阶段共同作用，修复受损组织并恢复受伤区域的功能。在慢性溃疡的情况下，炎症反应可能导致剧烈疼痛和长期住院，还会给患者带来经济负担和精神压力[6]。市场上有各种伤口敷料可供选择，包括水凝胶、泡沫、纱布、水胶体、薄膜、藻酸盐、粉末、缝线和订书钉[7]。然而，由于这些敷料的机械性能不佳、吸水能力有限、伤口区域渗液导致水分含量低、厚度较高从而限制了其降解速度、对炎症的反应较弱，甚至可能损伤健康组织[8]。因此，需要更先进的伤口修复策略，这些策略应具备高机械性能、低厚度以实现快速降解、能够立即膨胀释放药物、个性化设计以实现自我敷料功能，并在整个伤口愈合过程中保持伤口周围的高水分含量，以促进细胞增殖和红细胞聚集及细胞外基质的形成。
壳聚糖（CH）是一种天然存在的阳离子多糖，因其生物相容性、无毒性、止血能力和在伤口愈合过程中保持高水分含量的能力而被广泛认为是理想的敷料。早期研究还描述了CH在刺激巨噬细胞和促进炎症细胞渗透方面的作用[9]。此外，CH中的氨基团可以与多种聚合物（如羧甲基纤维素、聚乙烯醇、海藻酸钠和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）通过席夫碱反应形成交联网络[10]。这种交联网络负责吸收血液和伤口表面的多余水分，从而在整个伤口愈合过程中保持适当的水分含量[11]。还有报道指出，在伤口愈合的早期阶段，CH水凝胶可以加速细胞浸润和增殖，并促进氧气渗透[12]。PVP是一种合成聚合物，具有高吸水能力、生物相容性和良好的机械性能，可以与CH结合以促进伤口愈合[13]。与CH结合后，PVP不仅增强了水凝胶膜的机械强度，还使其具有透明度，并为伤口创造了一个湿润的环境，从而加速愈合过程[14]。
小檗碱（BER）是从Berberis aristata和Berberis phellodendron中提取的异喹啉生物碱[15]。研究表明，BER具有强大的抗菌[16]、抗氧化[17]、抗炎[18]和止血[19]等生物活性，且无显著毒性。由于其多种生物应用，相比其他合成抗生素，BER更适合用于伤口修复。需要注意的是，伤口周围的微生物负担会导致血管再生困难，并降低炎症反应。此外，由于季铵离子的存在，BER可以封装在各种聚合物网络中，具有较高的载药能力，并可通过静电作用和氢键与羧基和羟基功能团相互作用[20]。
最近进行了多项尝试，开发新型生物材料，如自愈水凝胶[21]、刺激响应型水凝胶[22]、物理交联水凝胶[23]、可注射水凝胶[24]、光交联水凝胶[25]等，以提供伤口愈合的新方法。例如，在一项最近的研究中，通过将小檗碱和外泌体封装在水凝胶中，实现了伤口愈合的应用[27]。研究报道了合成水凝胶在抑制细菌生长、调节炎症反应和促进感染伤口新生血管形成方面的多功能性，表明它们能加速感染伤口的愈合。另一项基于CH和载有小檗碱的γ-聚谷氨酸的研究表明，BER在止血和伤口愈合中具有潜在作用[20]。此外，还有研究指出海绵可以从伤口表面吸收大量液体，从而促进血液凝固成分的积累，加速愈合过程。
在本文中，我们使用CH/PVP和VA（浓度为5%、10%和15% w/v）作为交联剂，通过席夫碱和氢键作用合成了具有即时膨胀能力的新型超薄水凝胶膜（图1）。同时，通过季铵离子与羧基和羟基的静电和氢键作用，将BER封装在聚合物网络中。然后使用热重分析（TGA）、原子力显微镜（AFM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）等方法研究了制备的水凝胶膜的物理化学特性。此外，还通过多种体外和体内实验程序进行了细胞毒性研究、Wistar大鼠的伤口愈合活性测试、膨胀性研究、降解性和药物释放研究。
材料
壳聚糖（分子量190,000 – 310,000 Da）、冰醋酸、甲醇、香草醛、聚乙烯吡咯烷酮K30（分子量40,000 Da）、丙酮和盐酸购自印度Merck Specialities Pvt. Ltd.；氯化小檗碱购自美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司；透析膜（截留分子量12,000-14,000 Da）购自印度孟买的Himedia Laboratories Pvt. Ltd.；2,2-二苯基-1-吡啶基肼（DPPH）也购自Himedia公司
结果与讨论
本研究探讨了使用香草醛交联的CH/PVP水凝胶膜制备用于伤口愈合的超薄、快速溶解薄膜。选择小檗碱作为模型药物，是因为它具有显著的伤口愈合、抗氧化[51]、抗菌[52]、抗炎[18]和组织再生[53]特性。与其他现有疗法相比，这种新型的超薄且快速溶解的水凝胶膜具有明显优势
结论
为了实现伤口愈合和协同抗菌的效果，首先制备了香草醛交联的CH/PVP水凝胶，然后通过溶剂浇铸法将小檗碱装载到水凝胶网络中。通过对合成水凝胶进行物理化学表征、体外药物释放测试和生物评估，研究了其性能。整个研究的目的是利用小檗碱的促血管生成、抗菌和抗氧化特性
作者贡献声明
Arun Kumar：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、监督、方法设计、数据整理、概念构思。Seong Cheol Kim：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、方法设计、研究实施、资金获取、概念构思。Seema Bansal：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法设计、研究实施、数据分析。Siva Sankar Sana：撰写 – 审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
Simran和A.K.感谢南比哈尔中央大学提供了基础研究设施和中央仪器设备，帮助他们高效完成这项研究。本研究得到了韩国政府（MSIT）资助的韩国国家研究基金会（NRF）的资助（项目编号RS-2025-22222973）。
