利用 Hibiscus rosasinensis 和 Cymbopogon citratus 通过绿色化学方法制备 Carbopol-银纳米颗粒：一种协同作用的体外和体内方法，用于加速瑞士白化小鼠的伤口愈合

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Green synthesis of Carbopol-silver nanoparticles using Hibiscus rosasinensis and Cymbopogon citratus: A synergistic in vitro and in vivo approach for accelerated wound healing in Swiss albino mice

通过Hibiscus rosa-sinensis和Cymbopogon citratus协同绿色合成QbD优化的卡波姆-银纳米颗粒凝胶，显著加速小鼠伤口愈合，抗菌活性达12-16mm ZOI值，并优于市场产品。

　　

作者：Shivam、Tinku Gupta、Reena Badhwar、Ruchi Singh

印度哈里亚纳邦古鲁格拉姆市Shree Guru Gobind Singh Tercentenary大学药学系

摘要

慢性及急性皮肤伤口是一个严重的治疗问题，由于愈合延迟而带来重大的经济和社会后果。在本研究中，我们报道了一种新型的、环保且具有成本效益的“质量源于设计”（Quality-by-Design, QbD）优化绿色合成方法，利用Hibiscus rosa-sinensis和Cymbopogon citratus的协同作用制备了碳波尔-银纳米颗粒（Carbopol–silver nanoparticles, HC-CC AgNPs）。通过紫外-可见光谱、粒径分布（PDI）、Zeta电位、透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）对合成的纳米颗粒进行了全面表征，以评估其形态。碳波尔的生物相容性与H. rosa-sinensis和C. citratus的植物化学还原和稳定特性相结合，使得HC-CC AgNPs具有更强的抗菌活性。通过Box–Behnken设计方法对配方进行了优化，得到了平均粒径为129.9纳米、多分散指数（PDI）为0.139、Zeta电位为-28.6毫伏的稳定负电位的纳米颗粒，这些特性使其适合用于局部应用。实验结果显示，该纳米颗粒对S. aureus的抑菌圈（ZOI）最大值为12毫米，对E. coli的抑菌圈最大值为16毫米，体现了其强大的抗菌性能。在小鼠体内的切口伤口实验中，该纳米颗粒显著促进了上皮再生和伤口闭合过程，17天内愈合效率达到了92%，优于对照组和市售治疗方法。组织病理学分析进一步证实了这些结果，显示了增强的肉芽组织形成、胶原蛋白沉积以及加速的上皮再生。总体而言，本研究介绍了一种基于双植物介质的HC-CC AgNPs系统，该系统结合了植物化学协同作用、持续释放和优异的生物疗效，有望成为治疗感染性和慢性伤口的有效方法。

引言

伤口通常定义为皮肤正常解剖结构和生理功能的破坏或丧失，其原因可能包括物理/机械性创伤（如擦伤或切割）、化学性刺激（如酸或碱）、热损伤（如烧伤）或生物性侵害（Criollo-Mendoza等人，2023年）。根据愈合时间和复杂程度，伤口可分为急性和慢性两类（例如三度烧伤、糖尿病足溃疡和压疮）（Monaco & Lawrence，2003年）。慢性伤口的愈合速度较慢，这通常由微生物感染、潜在的病理疾病或不当的伤口护理技术引起（Zeng等人，2018年）。据流行病学研究显示，全球约有2%的人口患有急性和慢性伤口，给全球医疗系统带来了巨大负担（Alven等人，2022年）。在印度，每1000人中约有10.55例急性伤口和4.48例慢性伤口（Sharma等人，2024年）。印度已成为伤口护理相关设备和疗法增长最快的市场之一（Elsayed等人，2018年）。

伤口愈合的主要并发症之一是微生物污染和感染（Henriques等人，2021年），这是导致伤口愈合延迟的关键因素。如金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）、大肠杆菌（革兰氏阴性菌）和机会性真菌白色念珠菌（Becerra等人，2016年）等病原体常在伤口表面定植，并形成生物膜，保护微生物免受宿主免疫系统和传统抗菌剂的攻击（Hoang等人，2022年）。抗生素耐药性的增加进一步限制了常用局部和全身抗生素（如莫匹罗星、杆菌肽、新霉素和夫西地酸）的长期有效性（Baldo等人，2008年）。因此，仍需要替代和补充的治疗方法。近年来，根据伤口类型，现代伤口敷料（如水凝胶）、局部药物和生长因子输送、高压氧疗法、自体/异体移植、细胞疗法和工程皮肤移植、真空辅助闭合、电疗、负压疗法、超声波以及基于外泌体的方法被广泛应用于伤口愈合（Kolimi等人，2022年）。

在各种纳米材料中，银纳米颗粒（AgNPs）因其广谱抗菌活性、物理化学稳定性和与局部输送系统的兼容性而受到广泛关注。与传统抗生素不同，AgNPs通过多种机制发挥抗菌作用，降低了耐药性发展的可能性。将AgNPs掺入聚合物基质（如水凝胶）中可带来额外优势，包括局部释放、持续释放、保持湿润的伤口环境以及提高患者依从性。水凝胶特别适合伤口应用，因为它们可以吸收渗出物、保护伤口免受外部污染物侵害，并促进细胞迁移和组织修复（Blanco-Fernandez等人，2021年）。

传统的纳米颗粒合成方法通常涉及有毒试剂、高能量消耗和环境污染副产物。相比之下，绿色合成方法使用植物提取物作为还原和稳定剂，提供了一种更安全、更可持续的替代方案。植物介导的合成不仅减少了环境影响，还可能通过天然封端剂改善纳米颗粒的表面特性，从而提高胶体稳定性和生物相容性。

Hibiscus rosa-sinensis（HRS，又称中国玫瑰、锦葵科植物）富含木犀草素-7-葡萄糖苷（Mejía等人，2023年）、β-谷甾醇、花青素（氰苷-3-山布比奥斯ide、飞燕草素-3-山布比奥斯ide）、黄酮类化合物（表儿茶素、氰苷-3-葡萄糖苷、槲皮素、山柰酚及其糖苷衍生物）、有机酸（如柠檬酸、苹果酸、维生素C）和多酚，这些成分可作为有效的电子供体，用于还原Ag⁺离子，并通过表面吸附改善胶体稳定性。这些化合物还具有显著的抗氧化和抗炎作用，有助于减轻伤口部位的氧化应激。而Cymbopogon citratus（CC，又称印度柠檬草）含有高含量的萜类化合物和精油成分（如柠檬醛、香叶醇、异香叶醇、香叶醇乙酸酯、香叶醇、柠檬醛、香叶醇、香叶烯-D、elemol和柠檬烯），具有抗菌和抗炎效果（Breijyeh & Karaman，2024年）。尽管这些化合物的还原能力不如多酚强，但它们通过改善细菌膜通透性和调节炎症反应在增强生物功能方面发挥着关键作用。

选择HRS和CC提取物进行AgNPs的绿色合成是基于它们互补的植物化学成分（表1），这些成分共同促进了纳米颗粒的还原、稳定和生物活性的提升。因此，假设这两种提取物的联合使用可以产生具有更好成核控制、表面稳定性和更强抗菌及伤口愈合效果的AgNPs。将这种植物介导的AgNPs（HRS+CC）整合到局部水凝胶系统中，是一种以改善敷料性能为目标的方法，而非单纯声称优于现有疗法。尽管AgNPs和纳米颗粒系统（如水凝胶）在伤口愈合领域已有广泛报道，但本工作的独特贡献在于开发了一种双植物化学介导的AgNPs配方，这是前所未有的。本研究的目的是利用HRS+CC提取物通过质量源于设计（QbD）方法进行配方优化、表征和生物评估，以开发一种适用于伤口愈合应用的稳定局部输送系统。这种双组分凝胶系统在抗氧化、抗菌和体内伤口闭合效果方面优于市售配方，有望加速愈合过程、促进组织再生并保护伤口免受氧化应激和微生物定植（Thapa等人，2023年）。

材料与试剂

HRS和CC从印度艾哈迈达巴德Naroda的All Herbs Care公司采购。氢氧化钠、重铬酸钾、磷酸二氢钠和磷酸二氢钾从印度孟买的Merck Life Science Pvt Ltd.公司购买。碳波尔-934（分子量大于75%，脱乙酰化程度高，凝胶剂）来自印度孟买的Loba Chemie Pvt Ltd.公司。环丙沙星购自HiMedia Laboratories Pvt Ltd.公司，Megaheal伤口敷料凝胶则从其他供应商处采购。

预配方研究

HRS和CC的外观呈淡黄绿色和红色，具有浓郁的柠檬香味以及轻微独特的花香。

AgNPs凝胶的质量测试计划（QTPP）和关键质量属性（CQAs）

考虑到产品的安全性和有效性，QTPP是对药物质量属性的预期描述，以确保达到预期质量（表2 a-b）。为了保证产品质量，CQA涵盖了物理、化学和生物方面的要求。

结论

本研究证明，使用HRS和CC提取物配制的植物介导的AgNPs水凝胶对E. coli和S. aureus具有可测量的抗菌活性，并在实验性瑞士白化动物模型中促进了伤口愈合。结果表明，将绿色合成的AgNPs纳入局部凝胶基质中，可以在特定条件下提供抗氧化和抗菌保护，促进伤口修复的关键阶段。

作者贡献声明

Shivam Shivam：负责撰写初稿、软件使用、资源协调、资金申请。Reena Badhwar：负责审稿和编辑、监督、概念构思。Tinku Gupta：负责撰写初稿、资源协调、概念构思。Ruchi Singh：负责审稿和编辑、撰写初稿。

未引用的参考文献

Badhwar等人，2021年；Bedlovi?ová等人，2020年；Henriques和Silva，2021年；Jafri等人，2024年；Lee和Jun，2019年；Pryshchepa等人，2020年；Ranty Dwi等人，2021年；?paglová等人，2023年；Xi等人，2024年。

参与同意书

不适用

伦理批准

动物实验按照CCSEA指南进行，注册号为SGTU/IAEC/2024/22

出版同意书

不适用

利益冲突声明

所有作者声明没有利益冲突。

资金来源

作者未提及任何资金来源。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

感谢古尔冈SGT大学为研究提供了研究环境和必要的工具/试剂。