《Biomaterials Advances》：Core-shell nanofibers integrating growth factor-loaded nanoparticles for spatio-temporal delivery in chronic wound healing
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为解决慢性伤口感染与再生难题，本研究开发了一种新型核壳纳米纤维敷料，集成了表皮生长因子（EGF）负载的PLGA纳米粒与环丙沙星（Cip）。通过绿色共轴静电纺丝技术制备，实现了抗菌药物的持续释放与生长因子的定点快速递送。该敷料展现出广谱抗菌活性、高生物相容性并有效促进了体外伤口愈合，为设计靶向、协同的多功能创面治疗平台提供了新思路。
皮肤一旦破损，愈合便是一场精密且有序的生物学交响曲。然而，对于慢性伤口，如糖尿病足溃疡或压力性溃疡，这场交响乐常常陷入混乱。感染、缺血、炎症失衡等因素交织，使得伤口停滞在某个愈合阶段，经久不愈，给患者带来巨大痛苦和经济负担。传统的伤口敷料扮演着“被动屏障”的角色，虽能隔绝外界污染，却难以主动干预伤口愈合的内在复杂过程。更棘手的是，愈合过程本身是时序性的：早期需要快速控制感染，后期则依赖生长因子等生物活性分子促进细胞增殖与组织重建。如何将抗菌与促再生这两种功能在时间与空间上精准协调，实现“按需”递送，成为开发下一代智能敷料的关键挑战。
近期发表在《Biomaterials Advances》上的一项研究，为解决这一难题提供了一种精巧的工程化方案。来自意大利国家研究委员会聚合物、复合材料和生物材料研究所（IPCB-CNR）的Ovidio Catanzano及其合作者，设计并制备了一种多功能核壳结构纳米纤维（NFs）敷料。该敷料将装载表皮生长因子（EGF）的聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米颗粒（NPs）置于纤维壳层，而将广谱抗生素环丙沙星（Cip）包裹在纤维芯层。这种独特的结构旨在模拟伤口愈合的自然时序：当敷料接触伤口渗出液时，由聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和透明质酸（HA）构成的壳层迅速溶解，立即释放出负载EGF的纳米颗粒，使其快速作用于伤口床，启动早期修复信号；与此同时，暴露出的聚乙烯醇（PVA）芯层开始吸收渗出液，并持续、可控地释放出Cip，提供长效的抗菌保护。通过这种空间分隔与时间控制的协同递送策略，该研究试图同时应对慢性伤口治疗中并存的感染风险和再生障碍。
为构建并验证这一系统，研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先，利用改良的溶剂扩散法制备了粒径均一（约170纳米）且能稳定封装EGF的PLGA:泊洛沙姆纳米粒，并对其进行了冷冻干燥以提高储存稳定性。其次，采用完全基于水溶液的“绿色”共轴静电纺丝技术，成功制备了以PVA为芯、PVP/HA为壳的核壳纳米纤维，并将上述纳米粒均匀分散于壳层，将Cip溶解于芯层。最后，通过一系列体外实验对材料的物理化学性质（如形貌、力学性能、热稳定性）、药物释放行为、抗菌活性、血液相容性、细胞毒性以及促进细胞迁移（划痕实验）的能力进行了全面评估。
1. 设计双释放纳米纤维
研究团队设计了一种复合核壳纳米纤维系统。其核层包含Cip以实现持续的抗菌释放，而壳层则整合了EGF负载的PLGA纳米颗粒，用于释放生长因子。这种空间组织旨在实现伤口部位的协调、局部化双重递送。
2. EGF负载纳米粒的制备与表征
通过改良的溶剂扩散法成功制备了PLGA:泊洛沙姆纳米粒，其平均流体力学直径约为168纳米，多分散指数（PDI）低，包封效率高达76.5%。透射电子显微镜（TEM）图像证实了纳米粒的均匀球形形态。冷冻干燥过程（以海藻糖为保护剂）以及在水/乙醇混合溶剂中的稳定性测试表明，纳米粒在后续静电纺丝加工过程中能保持结构完整性与粒径稳定。
3. 静电纺丝纳米纤维的制备
通过优化静电纺丝参数（电压23 kV，接收距离220 mm，芯层与壳层溶液进给速率分别为0.4和0.5 mL/h），成功制备了形态均匀、无串珠的纳米纤维。扫描电子显微镜（SEM）显示，负载纳米粒后纤维直径略有增加（从252±45 nm增至335±59 nm）。TEM和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像清晰证实了核壳结构的形成以及纳米颗粒在壳层中的均匀分布，无聚集现象。
4. 静电纺丝纳米纤维的化学物理表征
傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）分析表明壳层聚合物（PVP与HA）之间存在分子间相互作用（如氢键）。热重分析（TGA）显示材料具有足够的耐热稳定性。力学性能测试表明，纳米粒的加入略微提高了纳米纤维垫的弹性模量和断裂伸长率，起到了增强作用。与水接触的实验证实，PVP/HA壳层能快速溶解，而PVA芯层在室温下能保持结构稳定，这支持了药物分阶段释放的设计理念。壳层溶解也促进了纳米颗粒从纤维中的快速扩散与释放。
5. 纳米纤维的体外药物释放
在模拟伤口流体（SWF）中的释放实验显示，Cip的释放呈现两阶段模式：超过50%在最初24小时内快速释放，随后可持续释放长达六天。EGF的释放则呈现双相趋势：约20%在头24小时内快速释放（源于壳层溶解），随后在长达14天的时间内持续、可控地释放（源于PLGA纳米粒的逐渐降解）。这种释放动力学与伤口愈合的时序需求相契合。
6. 抗菌活性
通过改良的Kirby-Bauer纸片扩散法评估了载药纳米纤维的抗菌性能。负载0.5%和1% (w/w) Cip的纳米纤维对测试的革兰氏阳性菌（M. luteus, B. subtilis）和革兰氏阴性菌（E. coli）均产生明显的抑菌圈，而未载药的纳米纤维则无抑菌效果。两种载药量的抑菌效果无显著差异，表明在测试条件下0.5%的载药量已能达到最大抗菌效应。
7. 纳米纤维膜的生物相容性研究
溶血实验表明，所有纳米纤维样品的溶血率均低于0.5%，符合生物材料非溶血性标准（<2%），具有良好的血液相容性。MTT细胞活力测定和活/死细胞染色实验评估了对人真皮成纤维细胞（HDFs）的毒性。结果显示，单独含Cip的纳米纤维在72小时内使细胞活力降至约80%，显示出一定的细胞抑制效应。而同时含有EGF负载纳米粒的样品，细胞活力显著更高（超过100%），表明EGF的促增殖作用部分抵消了Cip的细胞毒性。所有测试敷料的细胞活力均高于70%，符合ISO生物相容性要求。
8. 体外伤口愈合（划痕）实验
划痕实验进一步验证了该敷料促进伤口闭合的能力。在24小时，单独负载Cip的纳米纤维表现出最低的划痕闭合率（28.7%），证实了Cip对细胞迁移的抑制作用。而同时负载Cip和EGF纳米粒的纳米纤维则实现了最高的早期闭合率（48.3%），显著优于Cip单独处理组。这表明共递送的EGF能够有效对抗Cip对细胞迁移的负面影响，促进组织修复。
该研究的结论与讨论部分强调，通过结合互补的纳米封装策略与共轴静电纺丝技术，成功开发了一种先进的多功能伤口敷料平台。该平台的核心优势在于其核壳结构实现了治疗药物的时空控制递送：壳层的快速溶解提供了EGF负载纳米粒的即时释放，启动再生信号；而芯层的持续释药则提供了长期的抗菌保护。体外实验证实了该敷料具有广谱抗菌活性、高生物相容性，并能有效促进成纤维细胞迁移和伤口闭合。特别有意义的是，EGF的持续释放不仅促进了修复，还在一定程度上减轻了抗生素可能带来的细胞损伤，展现了协同治疗的潜力。
这项工作为应对慢性伤口（尤其是像糖尿病足溃疡这类血供不良的伤口）的复杂挑战提供了一种有前景的协同治疗策略。它将即时抗菌作用与持续的再生信号相结合，代表了一种向更有效、多功能治疗解决方案迈进的重要步骤。未来的in vivo动物实验将验证这一初步概念，并推动其潜在的临床转化。
