《Biomaterials》：Unidirectional Moisture-Transporting, Thermoregulating, and Antimicrobial Aerogel Dressing Orchestrates a Pro-Regenerative Microenvironment for Pressure Ulcer Treatment
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通过构建冰模板定向结晶与电纺纳米纤维复合的 Janus 多孔气凝胶 OBP2GM，实现了压力性溃疡创面中水合调控、热缓冲及免疫代谢重编程的协同作用，显著加速小鼠创面表皮化进程。摘要
边晓春|李浩浩|陈家辉|罗志伟|霍通|王成|周丽萍|文永强
北京科技大学化学与生物工程学院大兴研究院生物工程与传感技术重点实验室，北京100083，中国
摘要
持续的压力-剪切耦合作用会引发压力性溃疡伤口在缺血-再灌注循环中的损伤，导致巨噬细胞线粒体膜电位崩溃和mtDNA泄漏。这种线粒体功能障碍会加剧细胞内活性氧（ROS）的积累，破坏炎症的消退过程，并阻碍炎症向增殖阶段的转变，最终导致压力性溃疡无法愈合或愈合延迟。本文报道了一种名为OBP2GM的Janus分级多孔气凝胶，该气凝胶通过定向冰模板法结合静电纺丝技术制备，旨在将多维伤口微环境调节功能集成到一个单一结构中。静电纺丝形成的顶层含有相变微球，可在生理皮肤温度（32-35°C）附近提供温和的适应性热缓冲；其高度多孔的纤维结构则能有效拦截细菌。底层气凝胶具有垂直排列的微通道，可促进快速的单向流体传输，确保有效的渗出物排出和水分平衡。更重要的是，气凝胶中的多糖-多酚网络通过激活PINK1/Parkin介导的线粒体自噬途径，主动调节巨噬细胞的线粒体稳态，清除严重受损的线粒体同时保留功能正常的线粒体。这一过程恢复了线粒体膜电位（ΔΨm↑，相对荧光强度提高69.22%），抑制了过量的ROS生成，促使巨噬细胞向促进再生的M2表型转变，并使HUVEC的管状形成能力提高了近三倍。在鼠模型中，OBP2GM显著加速了伤口的再上皮化过程，展示了基于材料的压力性溃疡机械-线粒体-免疫协同修复策略。
引言
压力性溃疡是一种由机械因素引起的慢性伤口，其特点是持续的压力和剪切力引发了一系列生物学功能障碍，而不仅仅是简单的组织损伤。反复的机械负荷首先破坏了真皮微循环，导致缺血-再灌注损伤和细胞能量耗竭[1]、[2]。在细胞水平上，这种应力会导致线粒体功能障碍，表现为线粒体膜电位丧失和氧化磷酸化受损，进而促进活性氧（ROS）的过度产生[3]、[4]。累积的ROS既是损伤因子，又是炎症放大的因素，加剧了炎症状态并阻碍了炎症的消退[5]、[6]、[7]、[8]。因此，持续的线粒体损伤和氧化应激会形成一个自我维持的炎症循环，阻碍伤口从炎症阶段向增殖和重塑阶段的有效过渡[9]、[10]。不幸的是，这种细胞内的线粒体和炎症失调不仅限于单个细胞，还会在高度不稳定的伤口微环境中被放大。在压力性溃疡中，细胞代谢受损、炎症持续以及反复的机械刺激共同导致了过多的渗出物、组织坏死、细菌易感性以及温度条件的波动。这些因素相互作用，形成了一个恶劣且非稳态的微环境，进一步加剧了线粒体功能障碍和炎症的持续性。
在众多微环境因素中，水分平衡的失调是压力性溃疡管理中的一个根本性挑战。临床上，压力性溃疡伤口通常表现为过多的渗出物混杂着坏死组织和细菌污染[12]、[13]。传统的纱布敷料依赖被动吸收，但很快就会饱和，导致渗出物反流和伤口周围组织浸渍。水胶体和凝胶敷料虽然能提供湿润环境，但常常会出现过度肿胀、粘附力下降或排水不足的问题[14]。尽管泡沫敷料和藻酸盐敷料可以增强液体处理能力，但它们缺乏定向传输功能，容易导致渗出物向周围健康组织扩散并造成损伤。最近，Janus敷料或梯度润湿性敷料能够实现有效的单向液体传输，但仅靠水分调节不足以恢复机械性慢性伤口的微环境稳定性。
除了水分控制之外，温度调节是压力性溃疡护理中另一个临床相关但尚未充分研究的方面。局部伤口温度对缺血、感染和炎症状态非常敏感，即使是轻微偏离生理范围也会严重影响细胞代谢、血管生成和免疫稳态[11]。低温条件会导致血管收缩和胶原蛋白沉积减少[12]、[13]，而高温则会促进过多的炎症细胞浸润和细胞因子释放，从而延缓组织修复[14]、[15]。虽然封闭性泡沫敷料能提供保温效果，水凝胶能促进热量散发，但两者主要都是被动系统，无法根据伤口状况动态调节温度波动。因此，维持一个稳定、接近正常体温的微环境仍然是现有临床敷料面临的持续挑战。
同时，现有敷料中的抗菌策略主要依赖于被动物理屏障或释放抗菌剂，如银、抗生素或消毒剂[16]、[17]。虽然这些方法能有效减少细胞外的细菌负担，但未能解决慢性炎症背后的细胞内免疫代谢功能障碍[18]、[19]。越来越多的证据表明，持续的巨噬细胞线粒体损伤在维持慢性伤口的炎症表型中起着核心作用[20]、[21]。然而，大多数敷料设计将抗菌控制和炎症抑制视为独立或下游的目标，很少将直接调节免疫细胞线粒体稳态作为明确的设计目标，尤其是在机械性驱动的慢性伤口（如压力性溃疡）中。
总体而言，现有的敷料技术往往只优化了孤立的功能，如水分吸收、保温或抗菌活性，而没有解决机械应力、微环境不稳定性和细胞内免疫代谢失调之间的强烈耦合，这些因素共同定义了压力性溃疡的病理机制。这种碎片化的设计范式限制了它们打破炎症-线粒体功能障碍反馈循环和实现持久伤口愈合的能力。通过对代表性敷料策略的系统性比较（表S2），理想的压力性溃疡敷料应具备以下特点：（i）定向且可调的水分传输能力；（ii）在生理温度范围内的动态热缓冲；（iii）有效的抗菌屏障功能；（iv）调节免疫细胞线粒体稳态。基于这些原则，我们开发了一种多功能Janus复合气凝胶（OBP2GM），它结合了冰模板分级气凝胶和静电纺丝纳米纤维膜，能够在协调调节伤口微环境的同时促进线粒体稳态和再生性愈合。
OBP2基气凝胶和MOST负载膜的结构与物理化学表征
为了解决压力性溃疡管理中的关键问题，包括有效排出脓性渗出物、保持微环境的适度湿润以及最小化温度波动，我们合理构建了一种分级定向通道-纳米纤维双层结构。首先，通过定向冷冻铸造在氧化的Bletilla striata多糖（OBSP）/PVA前体中引入了温度梯度，诱导了单向的垂直生长
结论与展望
本研究开发了一种集成的定向冰晶模板-静电纺丝策略，用于制备具有Janus润湿性梯度的OBP2GM复合气凝胶。这种结构设计实现了单向水分传输、动态温度调节、抗菌活性和线粒体保护的协同整合，所有这些功能都集成在一个敷料平台上。通过结合Bletilla striata多糖和绿茶提取物，OBP2GM气凝胶有效地
CRediT作者贡献声明
周丽萍：撰写——审稿与编辑，监督。王成：监督，资源管理，项目协调，资金筹集。文永强：监督，资源管理，项目协调，资金筹集。边晓春：撰写——初稿撰写，方法学设计，实验实施。陈家辉：撰写——审稿与编辑，数据整理。李浩浩：撰写——审稿与编辑，方法学设计，概念构思。霍通：实验实施。罗志伟：数据可视化
利益冲突声明
边晓春和李浩浩的贡献相同。所有作者均已批准手稿的最终版本。作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号82402477和52273120）、北京市自然科学基金青年项目（编号7244518）的支持，同时感谢香港K.C.Wong教育基金和北京科技大学青年教师跨学科研究项目的资助，以及中央高校基本科研业务费（编号FRF-IDRY-24-032、QNXM20250036、00007867）的支持。
