细菌感染导致的伤口愈合障碍是临床面临的一大难题,亟需研发同时具备优异抗菌性能与强效促伤口愈合能力的新型创面敷料。
2026年4月27日,上海交通大学文根、Yu Yaling共同通讯在Advanced Science(IF=14.1)在线发表题为Ultrasound-Activated Bifunctional Piezoelectric Hydrogel Dressings Promote Infected Wound Healing via Regulating Angiogenesis and Lymphangiogenesis的研究论文。
本研究利用超声触发压电催化治疗原理,设计制备了一种双网络压电水凝胶AB-Gel,用于促进感染创面愈合。研究以丙烯酰甘氨酸和明胶为基质,在水凝胶内部负载钛酸钡纳米颗粒。
该水凝胶具有良好的粘附性与可重复使用性。超声刺激可引发声活化与压电极化协同效应,促使水凝胶界面大量生成活性氧(ROS),赋予AB-Gel水凝胶强大的抗菌能力。体内外实验证实,压电型AB-Gel可通过调控炎症反应、促进肉芽组织生成、血管新生及淋巴管新生,显著加速感染创面愈合;其中淋巴管新生在创面愈合中的作用鲜有报道。
综上,压电水凝胶AB-Gel可调控感染难愈创面的微环境、促进创面修复,在感染性伤口治疗中具有很高的应用价值,也为临床转化提供了一种极具前景、用途广泛的压电水凝胶新选择。
感染性慢性伤口是医疗系统面临的重大全球挑战之一,其愈合往往不可预测,呈现多阶段并存的非线性病理特征,使修复过程更加复杂、迁延难愈。此外,这类创面常合并基础疾病,往往长期停滞于感染驱动的持续性炎症状态,显著延缓创面愈合。在传统临床实践中,抗生素是控制伤口感染的主要策略。
然而,伤口部位形成的细菌生物膜分泌细胞外多糖基质,这些多糖作为物理屏障显著阻碍抗生素穿透,导致耐药水平增加10–1000倍。近年来出现的多重耐药菌株进一步削弱了抗生素的疗效。此外,感染性慢性伤口具有显著的病理特征,这些都会加速肉芽组织衰老和水肿。这些因素共同影响成纤维细胞功能,破坏胶原沉积,并延迟向心性伤口收缩,最终阻碍伤口愈合。
在新兴的治疗策略中,声动力学疗法(SDT)展现出独特的优势。SDT利用超声波的空化效应激活声敏剂,从而将声能转化为化学能,并产生ROS,从而实现强效的抗菌活性。SDT的抗菌疗效主要依赖于ROS介导的微生物脂质、蛋白质和DNA损伤。SDT的性能主要取决于声敏化器的特性。
压电纳米材料是极具应用潜力的新型声敏剂,可在超声刺激下通过压电效应产生内建电场,无需外源性小分子声敏剂即可高效生成活性氧;同时产生的微电流与局域电场可通过协同机制进一步增强抗菌效果。生物相容性与可降解性是创面修复应用的必备前提。
钛酸钡(BTO)具有固有压电特性,超声作用下活性氧产率高,兼具直接杀菌、穿透生物膜及克服抗生素耐药的作用,已广泛用于组织工程尤其是硬组织再生复合支架研究,应用前景突出,但其在皮肤创面愈合领域的研究仍鲜有报道。
与之相比,压电材料已被大量研制成水凝胶创面敷料。这类材料可利用低频形变及高频超声振动等机械刺激产生电信号,常被制备成静电纺纳米纤维、自驱动纳米发电机或复合水凝胶。
已有研究证实,压电水凝胶能够有效抑菌、调控炎症、促进血管新生、增强胶原重塑。但在创面愈合过程中,压电水凝胶能否促进淋巴管新生——该过程对消退水肿、清除炎症介质、恢复组织稳态至关重要——至今尚未被专门研究报道。
图形摘要(摘自Advanced Science)
本研究创新性构建了丙烯酰甘氨酸–钛酸钡–明胶复合双网络水凝胶敷料AB-Gel。超声处理可激活该水凝胶,产生显著压电效应;该敷料具备优异的力学性能、强粘附性与良好自修复特性。在超声介导的声刺激与压电催化协同作用下,这款多功能水凝胶敷料表现出卓越的抗菌能力。
将AB-Gel应用于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染创面,可明显促进血管新生、加速创面愈合。粘附型AB-Gel通过压电催化干预感染创面修复,与创面愈合过程中淋巴管新生增强密切相关。
本研究为多功能创面敷料的设计提供了新思路,对慢性难愈创面、尤其是传统方法难以起效的感染创面治疗具有重要价值。本研究创新性提出:以钛酸钡纳米颗粒为压电基元的双网络水凝胶,可通过压电效应诱导淋巴管生成,进而促进感染创面愈合。