近年来，基于细菌纤维素(BC)的皮肤或软组织修复敷料或贴片已成为研究的重点。然而，大多数基于BC的生物医学应用产品，存在灵活性低、透气性差和没有固有的抗菌活性的局限性。来自北京科技大学郑裕东教授团队研发了一种由天然细菌纤维素 (BC)、聚乙二醇(PEG)和聚六亚甲基双胍(PHMB)的组成的新型复合材料(PHMB-PBC)，其以优异的生物相容性和抗菌效果促进皮肤伤口愈合中 (Scheme 1)。
Scheme 1. Schematic representation of the fabrication process of the PHMB-PBC and its application in wound healing.
首先，研究者对材料的理化性质进行了研究。不同材料的撕裂强度如Fig. 1A所示。PHMB-PBC具有较高的撕裂强度，能够承受较大的径向力。研究者推断，当PHMB-PBC作为创面敷料使用时，它附着在创面上或从创面上移除时不会断裂。BC纤维具有高拉伸强度和低断裂伸长率，这一特点可归因于BC纤维之间较强的相互作用。而将PHMB-PEG引入BC，则大大提高了复合材料的延展性和柔韧性，更利于材料附着在组织上（Fig. 1B）。此外，亲水性的PEG引入到BC后（PBC），可以提高BC的吸水性能。在此基础上加入PHMB的复合材料，则使材料具有较好的持水能力。多孔表面、高连续吸水能力和良好的持水能力将有助于复合膜对渗出液的高吸附性，使其成为伤口敷料的潜在候选材料。PHMB-PBC很容易附着在皮肤上，具有良好的组织黏附性。此外，PHMB-PBC具有较高的透明性，有助于实现损伤部位的可视化。
氧气透过材料可以促进细胞生长、组织修复再生，因此高氧气传输率是皮肤修复材料需要具备的一个重要特性。研究显示，PBC和PHMB-PBC的氧传输率较BC高，说明其更有利于氧气的透过，并有利于细胞的再生（Fig. 1F）。PHMB-PBC的最大透明度和水蒸气透过率(WVP)值均显着高于BC（Fig. 1F, H），这说明PHMB-PBC更利于皮肤组织的修复。
Fig. 1. A. Macroscopic tear strength of paper, BC and PHMB-PBC.
接下来，研究者对复合材料的抗菌性能进行了测试。如Fig. 2A所示，BC膜对两种细菌均无抗菌性，PBC有一定的抗菌作用。与BC相比(接近0%)，PBC的抑菌率为15% - 20% (Fig. 2C)。这可能是因为PEG的引入使材料表面变得平整光滑，抑制了细菌在膜上的粘附和增殖。与BC和PBC不同，PHMB-PBC对细菌有较强的抑制作用。为了直观评价PHMB-PBC-2的缓释效果，研究者将复合材料浸泡在SBF中，然后在不同时间点内进行抑菌区和菌落计数试验。发现在SBF中浸泡20 h和40 h后的复合材料仍具有较强的抗菌作用。然而，经过近60 h的浸泡，复合材料几乎失去了抗菌性能，表明PHMB可能已经完全从复合基体中释放出来(Fig. 2C)。在相同的湿度环境下浸泡6周后，整个BC表面可见大量真菌菌落，BC表面形态已被破坏。但PHMB-PBC表面仍未见真菌菌落，说明PHMB-PBC具有良好的抗菌性能和稳定性，可以长期保存(图2H)。
Fig. 2. Antibacterial properties of different samples.
为评价材料的生物相容性，研究者测试了细胞在材料表面的粘附情况。CCK-8实验结果表明，PBC和PHMB-PBC-2均具有良好的细胞生物相容性。在样品上孵育1天后， BC表面粘附的细胞数量大于PBC和PHMB-PBC-2。虽然PBC和PHMB-PBC细胞数量略少，但所有细胞均存活，呈圆形（Fig 3）。培养3天后，细胞在BC表面完全铺展开。然而，PBC和PHMB-PBC细胞数量并没有明显增加，只有少数细胞在伸展伪足时被发现。细胞粘附和细胞增殖结果表明，PBC和PHMB-PBC具有良好的生物相容性，但不能明显刺激细胞生长和增殖。
Fig. 3. Fluorescent images ofL929 cells growing on different materials.
在体内研究中，研究者比较了PHMB-PBC-2和两种商品化的创面敷料的促皮肤修复效果。Fig 4为不同材料治疗1、2、3、4周后创面情况照片。从宏观图像上可以看出，PHMB-PBC-2组创面仅3周就基本痊愈，恢复时间最短，愈合效果最强。然后通过测量不同时间点的损伤区域面积来评估伤口闭合情况。结果表明，两种商品化产品Biofill和Biatain的创面愈合率均高于对照组，但低于PHMB-PBC处理组，PHMB-PBC-2治疗组具有最强的促愈合功能（Fig. 4B, C)。这可能是由于PHMB-PBC具有较强的抗菌作用、良好的生物相容性、透气性、吸收能力和持水能力。
Fig. 4. Wound healing evaluation.
本研究由北京科技大学郑裕东教授团队完成，并于6月10日在线发表于Carbohydrate Polymers。
论文信息：
Yansen Wang, Cai Wang, Yajie Xie, Yingying Yang,Yudong Zheng*, Haoye Meng, Wei He, Kun Qiao. Highly transparent, highly flexible composite membrane with multiple antimicrobial effects used for promoting wound healing. Carbohydr Polym , doi:10.1016/j.carbpol..114985.论文链接：/retrieve/pii/S0144-8617(19)30645-9供稿：王佳媛审校：过倩萍编辑：王欢
