四川大学ACS Nano: MoS₂复合水凝胶在感染性伤口修复中的应用

酶类二硫化钼（MoS2）在组织修复中的应用面临着稳定分散、溶解和生物毒性的挑战。在这里，通过逐步共组装壳聚糖和MoS₂，四川大学孙勇/韩向龙成功设计了一种可注射的自修复水凝胶。聚酚类壳聚糖作为MoS₂纳米片的“结构稳定剂”，重建了分散良好的MoS₂@CSH纳米片，这提高了传统MoS₂的生物相容性，并增强了其光热转换和类酶活性，保证了高效的自由基清除和抗菌特性。此外，聚酚类壳聚糖再次被用作“分子交联剂”，通过加速壳聚糖之间的氢键相互作用和聚酚类之间的多重交联反应，形成了可注射的近红外响应MoS₂@CSH水凝胶。快速的自愈合能力有利于伤口闭合和动态适应性。对感染性伤口愈合的实验研究表明，MoS₂@CSH水凝胶可以显著地根除细菌并加速感染伤口的血管生成。光热驱动的MoS₂和聚阳离子的共组装为感染性伤口愈合提供了一种替代策略。该研究题为“Engineering Injectable Coassembled Hydrogel by Photothermal Driven Chitosan-Stabilized MoS2 Nanosheets for Infected Wound Healing”发表在《ACS Nano》。

方案1展示了通过光热驱动的壳聚糖稳定的MoS₂纳米片共组装策略，构建了一种用于感染性伤口愈合的工程化可注射共组装水凝胶。该策略利用聚酚类壳聚糖作为结构稳定剂和分子交联剂，实现了MoS₂纳米片在水中的良好分散和增强的光热转换效率，同时赋予了水凝胶近红外光响应性、快速自愈合能力和优异的抗菌性能，实验研究证实这种水凝胶能够显著促进感染性伤口的愈合过程。

方案1. 光热驱动的壳聚糖稳定的二硫化钼纳米片用于感染性伤口愈合

【MoS₂@CSH纳米片的共组装】

图1展示了通过液相剥离技术制备MoS₂@CSH纳米片复合物的过程，并通过透射电子显微镜、高角环形暗场扫描透射电子显微镜和原子力显微镜等微观形态表征技术，证实了MoS₂纳米片的有效剥离和与聚酚类壳聚糖(CSH)分子链的紧密稳定结合，形成了具有良好层状形态和高稳定性的MoS₂@CSH纳米片。此外，通过X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱等技术进一步确认了MoS₂与CSH的成功结合以及纳米片的晶体结构和表面性质，表明所制备的MoS₂@CSH纳米片具有良好的分散性和稳定性，为后续的生物医学应用提供了基础。

图1. MoS₂@CSH纳米片的共组装

【MoS₂@CSH纳米片的生物功能和细胞相容性】

图2通过一系列实验评估了MoS₂@CSH纳米片的光热性能、抗氧化活性、抗菌效果以及细胞相容性。实验结果显示MoS₂@CSH纳米片在近红外光照射下展现出比单独的MoS₂或CSH更强的光热效应，能有效催化分解过氧化氢产生羟基自由基，表现出类过氧化物酶活性，并在近红外光激活下具有优异的抗菌性能。此外，MoS₂@CSH纳米片还表现出良好的细胞相容性和促进细胞迁移的能力，以及促进血管再生的潜力。

图2. MoS₂@CSH纳米片的生物功能和细胞相容性

【通过光热响应的凝胶化工程化可注射MoS₂@CSH水凝胶】

图3展示了MoS₂@CSH水凝胶的制备过程和光热响应性凝胶化行为，以及其自愈合能力和粘附性。通过光热驱动策略，利用聚酚类壳聚糖作为交联剂，在近红外光照射下实现了MoS₂@CSH水凝胶的快速形成。实验观察到，MoS₂@CSH水凝胶在没有 NIR 辐照的情况下保持流动状态，而在 NIR 辐照下迅速发生相变，表现出良好的湿粘附性，能够适应不同的伤口形态并快速固定在伤口内部。此外，水凝胶还表现出优异的自愈合能力，即使在受到机械断裂后也能恢复其完整性。

图3.通过光热响应的凝胶化工程化可注射MoS₂@CSH水凝胶

【可注射MoS₂@CSH水凝胶对感染性伤口愈合的调节作用】

图4通过共培养实验评估了不同浓度的MoS₂@CSH水凝胶对细胞相容性的影响，并在动物模型中研究了其对感染性伤口愈合的治疗效果。实验结果表明，在较低浓度下MoS₂@CSH水凝胶对细胞生长没有负面影响，且与细胞相互作用良好，但在较高浓度下可能导致细胞毒性增加。在动物实验中，MoS₂@CSH水凝胶处理的感染性伤口显示出更快的愈合速度，伤口闭合效果好，且几乎完全抑制了细菌生长，表明MoS₂@CSH水凝胶具有显著的抗菌效果和促进伤口愈合的能力。

图4. 可注射MoS₂@CSH水凝胶对感染性伤口愈合的调节作用

【MoS₂@CSH水凝胶的治疗效应】

图5通过组织学染色和免疫组化分析评估了MoS₂@CSH水凝胶在体内对感染性伤口愈合过程中的治疗效果，结果显示该水凝胶促进了伤口组织的快速愈合，具有明显的抗炎和促血管生成作用，同时促进了胶原蛋白的成熟排列和新毛囊的形成，表明MoS₂@CSH水凝胶不仅能够有效促进感染性伤口的愈合，还有助于减少炎症反应和改善新生组织的质地。

图5. MoS₂@CSH水凝胶的治疗效应

【小结】

该研究设计了一种基于聚酚类修饰的壳聚糖稳定的二硫化钼(MoS₂)纳米片的注射型近红外响应水凝胶，该水凝胶通过增强MoS₂的生物相容性以及其光热转换和类酶活性，赋予了高效的自由基清除和抗菌性能，并且具有快速的自愈合能力，有助于伤口闭合和促进愈合过程中的动态适应性，动物实验表明MoS₂@CSH水凝胶能够通过抑制细菌生长、促进细胞增殖和迁移、加速血管生成以及促进肉芽组织形成，显著促进感染性伤口的愈合，展现了MoS₂@CSH水凝胶在治疗感染性伤口方面的潜力。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c08883