纳米纤维|暨南大学：嵌入银CurdIan纳米纤维组成的抗断裂、抗菌抗炎水凝胶纳米纤维

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【摘要】
细菌胞外多糖 Curdlan 具有独特的胶原样三螺旋结构和免疫调节活性。尽管已经报道了几种用于抗菌或伤口愈合目的的 Curdlan 凝胶，但对于临床应用的伤口愈合材料，它们都没有表现出良好的机械性能。在此，暨南大学Chaoxi Wu、刘忠副研究员、王一飞教授团队提出了一种两步法来制备嵌入银的 Curdlan 水凝胶，与普通的基于多糖的水凝胶相比，这种水凝胶非常柔软但具有很强的可拉伸性。 Ag 离子首先在稀释的 Curdlan 溶液中还原以形成 AgNP 修饰的三重螺旋。
然后，将由 Curdlan/Ag 纳米颗粒组成的水溶液与由高浓度 Curdlan 组成的二甲基亚砜溶液混合。这种混合触发了 Curdlan 无规卷曲的构象转变为三重螺旋，然后螺旋被进一步填充成直径约 20 nm 的半结晶纳米纤维。由于半结晶原纤维的存在，这种新型 Curdlan 水凝胶在约 97% 的水含量下表现出约 350% 的断裂应变和约 0.2 MPa 的断裂应力。这种纳米纤维水凝胶支持成纤维细胞的附着、扩散和生长，并有效抑制革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌的生长。
此外，水凝胶下调脂多糖 (LPS) 刺激的巨噬细胞中 NO 的产生和促炎基因表达水平，但没有改变 IL-4 刺激的巨噬细胞中的抗炎基因表达水平。在一项动物研究中，这些水凝胶加速了细菌感染小鼠皮肤伤口模型的伤口愈合。这些结果验证了 Curdlan/AgNPs 纳米纤维水凝胶在临床伤口管理中的进一步发展。相关论文以题为Antifracture Antibacterial and Anti-inflammatory Hydrogels Consisting of Silver-Embedded Curdlan Nanofibrils发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。
【主图导读】
图 1.(A) 不同浓度 AgNO3（40、80、120、160、200 和 240 μg/mL）的 Curdlan/AgNPs 溶液的照片。 (B) Curdlan/AgNPs 与不同浓度的 AgNO3（40、80、120、160、200 和 240 μg/mL）的紫外-可见吸收光谱。 (C) Curdlan/AgNPs (240 μg/mL) 的 TEM 图像。 (D) Curdlan/AgNPs (240 μg/mL) 和胶原溶液的 CD 光谱。
示意图 1. 银嵌入 Curdlan 纳米纤维网络水凝胶的制备示意图
图 2. AgCD-NF 水凝胶的结构和特性。 (A) AgCD-NF1.6 水凝胶在不同处理条件下的照片，显示其抗断裂特性。 (B) AgCD-NF1.6 水凝胶的 XPS 光谱证明了 Ag 在水凝胶中的掺入。 (C) AgCD-NF 凝胶在不同混合条件 (A/C 比) (n = 5) 下的断裂应力、断裂应变和含水量。 (D) SEM 图像显示具有不同 A/C 比的 AgCD-NF 水凝胶的纳米纤维结构。 (E) 不同 A/C 比的未加热 Curdlan 粉末、高凝固 Curdlan 凝胶和 AgCD-NF 凝胶的 XRD 谱。 (F)卡通片显示了凝胶中纳米纤维在拉伸时的重新定向。
图 3.(A) A/C 比为 1.6 的琼脂糖、CD-NF 和 AgCD-NF 凝胶上成纤维细胞生长的荧光显微图像。 (B)用不同条件培养基处理的 NIH/3T3 细胞的细胞活力。
【纳米纤维|暨南大学：嵌入银CurdIan纳米纤维组成的抗断裂、抗菌抗炎水凝胶】图 4. A/C 比为 0.8、1.2 和 1.6 的 CD-NF 和 AgCD-NF 对 (A) 金黄色葡萄球菌和 (B) 大肠杆菌的抑制区。
图 5.(A) 在 AgCD-NF 不存在或存在时 RAW264.7 细胞的抗炎活性 (A/C = 1.6) 。通过 Griess 测定确定。在不存在或存在 AgCD-NF (n = 3) 的情况下，对 RAW264.7 细胞中的 (B) 促炎细胞因子或 (C) 抗炎细胞因子表达水平进行 RT-qPCR 分析。
图 6.(A) 在治疗后第 0、2、4、6 和 10 天收集的实验组金黄色葡萄球菌感染伤口的数码照片。 (B) 实验组伤口闭合率总结。 (C)创面愈合第2、6、10天三个实验组创面组织的HE和Masson三色染色图像。绿色圆圈、黄色圆圈、红色圆圈、蓝色圆圈和黑色虚线分别表示多核巨细胞、水肿组织、胶原纤维、毛囊和上皮边界。比例尺为 100 μm 。
【总结】
该团队提出了一种两步自组装策略，用于引导 Curdlan 的三螺旋形成过程朝着高度可拉伸、透明和含银的水凝胶发展。这种水凝胶由其内部纳米纤丝网络增强，该网络由直径约 20 nm 的纳米纤丝组成。由于其独特的三螺旋纳米纤维结构，该水凝胶的断裂应变为~350% ，断裂应力为~0.2 MPa ，含水量为~97% ，超过了大多数具有相似含水量的多糖水凝胶。根据动物研究结果，这种含银 Curdlan 水凝胶还支持成纤维细胞的生长，有效抑制细菌感染，下调炎症因子的表达水平，并促进受感染皮肤伤口的伤口愈合。这些特性支持将这种水凝胶进一步开发为临床伤口愈合材料。