作者名单：Nebu George Thomas、Fernando Gomes、Raneesh Balakrishnan、Rani Shine Raju、Neethu Ninan、Anju Rajan、Richard Bright、Sukumaran Anil、Thien Ngoc Le、Trong Quan Luu、T. Daniel Thangadurai、P.K. Bincy、Sabu Thomas
研究机构：印度喀拉拉邦蒂鲁瓦拉市Pushpagiri医学科学研究所与研究中心（Pushpagiri Institute of Medical Sciences and Research Centre），邮编689101
摘要 皮肤在保护身体免受外部伤害和污染物侵害方面起着重要作用。尽管人体具有自我修复机制，但伤口愈合仍存在诸多局限性，如耗时较长、易形成疤痕以及易受感染。本研究设计了一种新型的核心-壳层纳米纤维膜，旨在保护伤口并防止二次损伤，从而促进伤口愈合过程。该纳米纤维膜以聚己内酯（PCL）作为核心聚合物，并负载了虾青素（ASTX）和生物玻璃（BG）；壳层则由含有纳米羟基磷灰石（nHA）的聚乳酸（PLA）制成，以加速伤口愈合。研究人员对纤维的表面结构、形态和亲水性进行了详细表征，结果表明这些纳米复合纤维具有均匀、有序且相互连接的特性，非常适合细胞附着和生长。体外实验显示，这种膜显著提升了L929成纤维细胞的存活率并促进了伤口闭合。免疫反应测试表明，负载ASTX、BG和nHA的膜对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均表现出较强的抗炎和抗菌活性。体内实验进一步证实，含有ASTX、BG及高浓度nHA的膜能够有效促进细胞反应并显著改善伤口愈合效果。这些发现凸显了核心-壳层纳米纤维膜作为全层皮肤损伤创可贴的潜力，尤其在伤口愈合治疗领域具有广阔应用前景。
引言 有效的伤口愈合是多种临床情况（包括压疮、糖尿病溃疡、烧伤和创伤性损伤）面临的重大挑战。为了实现有效的伤口管理，需要具备增强生物活性的多功能先进材料（Mahmoud等人，2024年）。核心-壳层静电纺丝膜因其能够封装并释放多种治疗剂而受到广泛关注，这种材料能够模拟自然伤口愈合过程（Abdali等人，2019年）。其微小的直径和较大的表面积与体积比有助于细胞附着、增殖和分化（Zheng，2025年）。这种膜具有明确的结构，可将敏感生物分子封装在核心部分，防止其过早降解；外壳则提供机械支撑并阻止治疗剂的无控制释放（Yarin等人，2007年）。这种双腔系统有助于同时释放疏水性和亲水性物质，这对于多功能应用至关重要。与传统创可贴（如水凝胶和单片薄膜）相比，核心-壳层静电纺丝膜具有诸多优势，如能在核心稳定生物分子、无化学干扰地协同释放治疗剂、实现无机和有机成分的持续释放以及提升机械可调性和生物活性（Yarin，2011年）。然而，传统创可贴中引入的生物活性化合物往往分布不均或局限于相分离区域，从而限制了其生物活性和可控释放（Elahi和Lu，2013年）。核心-壳层纳米纤维通过为生物活性化合物提供理想的环境（无论是在核心还是壳层中），解决了这一问题（Sperling等人，2016年）。根据具体应用需求，可以选择不同的壳层和核心材料，例如可降解性、生物分子的可控释放、机械强度和细胞粘附性（Sperling等人，2016年）。
微生物感染是导致伤口愈合延迟的主要因素（Punjataewakupt等人，2019年）。然而，系统性抗生素往往因无法有效定位到感染部位而对皮肤感染无效，长期使用还可能引发毒性反应和正常微生物群失衡（Yoon和Yoon，2018年）。局部使用抗生素能更精准有效地控制皮肤感染，但重复使用可能导致细菌耐药性增强。因此，天然抗菌剂被视为一种有价值的替代方案，既能对抗耐药菌株又能促进伤口愈合（Khan，2021年）。本研究旨在通过将抗菌和抗炎剂封装在核心和壳层中，开发出一种有效的伤口愈合材料（Khan，2021年；Heidarian Loloei等人，2024年；见表1）。
在本研究中，PCL核心层封装了生物玻璃和虾青素，而PLA壳层则浸渍了从鱼鳞中提取的纳米羟基磷灰石（nHA）（Sinha等人，2004年；Balla，2021年；Hussain等人，2024年；Mohammed，2025年）。
聚己内酯（PCL）和聚乳酸（PLA）均为线性脂肪族聚酯，但它们的分子结构和性质有所不同（Yang等人，2024年；Herrero-Herrero，2021年）。PCL具有更高的结晶度、更强的疏水性和更稳定的降解性能，而PLA则更硬且韧性更强（Zhao，2025年）。将PCL和PLA混合使用可结合两种聚合物的优点，同时克服各自的局限性（Zhang等人，2009年）。静电纺丝制备的PCL/PLA混合物表现出更优异的机械性能、更高的生物活性和更快的降解速度（Herrero-Herrero，2021年）。最近的研究表明，从鱼鳞中提取的nHA可掺入PLA壳层，形成生物相容性保护屏障（Thomas，2024年）。nHA作为一种具有止血和促愈能力的生物陶瓷，还能增强纳米复合材料的机械强度（Zhao，2025年），对细胞附着、增殖和分化至关重要（Parthasarathy等人，2025年；Ashraf等人，2022年）。
虾青素（ASTX）是一种具有强抗氧化、自由基清除和抗炎特性的类胡萝卜素，可减少伤口微环境中的氧化损伤（Geng，2020年）。临床研究表明，ASTX通过平衡氧化反应促进组织再生（Chou，2020年）。但由于其易降解和溶解度低，需将其封装在稳定基质中以实现持续释放（Meephansan等人，2017年）。核心层中还包含溶胶-凝胶法合成的45S5生物玻璃或生物活性玻璃，这类物质能有效地与软硬组织结合，促进血管生成和细胞分化（Thomas和Anbarasu，2022年）。ASTX与nHA的共同作用可形成协同的生物活性环境，有利于伤口愈合（Thomas和Anbarasu，2022年；Pawar和Shinde，2024年；Homaeigohar等人，2022年）。多项研究证实了ASTX、PLA、nHA和PLA在组织工程中的药用效果（Mehrabi等人，2020年；Jafari等人，2022年；Castañeda-Rodríguez等人，2023年；Luo等人，2015年）。然而，此前尚未有研究将这些成分结合到同轴静电纺丝核心-壳层结构中。本研究假设，将这些可降解聚合物与生物活性剂整合到合理设计的膜中，将制成一种多功能创可贴，实现可控的生物活性释放、抑制细菌感染、调节炎症反应并加速组织再生。我们采用静电纺丝技术制备了PCL-ASTX-BG@PLA-nHA核心-壳层膜，并对其伤口愈合效果进行了系统评估，以验证这一假设。这种组合代表了伤口愈合研究的新方法，体现了本研究的创新性。尽管ASTX在健康促进方面的作用已被广泛研究，但专门针对其伤口愈合作用的研究仍较为有限。
本研究的创新之处在于其分层设计，实现了ASTX的保护性、分室化及可控释放，同时允许生物玻璃和nHA与细胞进行表面相互作用。这种结构具有多重协同效应，具备抗菌、免疫调节和再生功能。表S1提供了与现有同轴静电纺丝结构的比较分析，展示了本研究的优势。本研究的核心贡献在于展示了PCL、PLA、nHA和ASTX的协同作用，构建了一个稳定、多功能且高效的伤口愈合平台，为下一代创可贴的发展提供了新思路（Cao和Ding，2022年）。
材料信息 PLA（2003D）购自Nature Tech公司，PCL和ASTX购自Sigma-Aldrich公司。生物玻璃采用溶胶-凝胶法合成（Thomas和Anbarasu，2022年）。纳米羟基磷灰石（nHA）根据Ashraf等人（2021年）的方法，利用罗胡鱼（Labeo rohita）制备。鱼鳞经乙酸处理（比例1:20，体积比）后，在180°C下加热7小时，随后冷却至室温并进行超声处理。
核心-壳层纤维的表征 使用透射电子显微镜（TEM，JEOL JEM 2100）分析了制备的核心-壳层纳米复合纤维的形态。表面形态通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM；Zeiss SIGMA HV FE-SEM）在10 kV加速电压下进行观察。高分辨率SEM图像通过ImageJ软件定量分析，以确定纤维的平均直径。元素分析进一步确认了纤维的组成。
化学表征 润湿性测试显示，由于PLA和PCL的非极性碳氢骨架，PCL@PLA膜的接触角为114±0.10°；添加nHA和生物玻璃后，接触角升至131±0.29°，这增加了膜的层状结构和表面粗糙度。ASTX作为疏水性分子，可能降低了膜的界面能，从而有利于蛋白质吸附。
结论 本研究通过同轴静电纺丝技术制备了含有PLA、PCL、生物玻璃、nHA和ASTX的核心-壳层纳米纤维。纤维的表面结构、形态和亲水性得到了详细研究。FESEM分析表明，这些纳米复合纤维具有均匀、有序且相互连接的特性，非常适合细胞附着和生长。FTIR和EDX分析证实了生物玻璃、nHA和ASTX的成功整合。该纳米纤维膜在体外实验中显著提升了细胞存活率。
作者贡献 所有作者共同参与了本手稿的撰写工作，并同意最终版本。
作者贡献声明 Nebu George Thomas： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证、实验设计、方法论制定、数据分析、概念构思。Fernando Gomes： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证、实验设计、方法论制定、数据分析、概念构思。Raneesh Balakrishnan： 负责撰写……（部分内容缺失）
利益冲突声明 作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。
致谢 感谢Pushpagiri医学科学研究所与研究中心的实验室动物研究设施为体内实验提供支持，同时感谢该中心的病理学部门协助进行组织学分析。此外，还感谢MG大学Kottayam分校和IIT Palakad在物理化学表征方面的帮助。
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