V.S. Sumi | Jiya Mariya Joseph Paleekunnel | P. Sagitha | Najma Nujoom | Shanti Kumar Nair | C.R. Reshmi
慢性伤口由于愈合延迟、感染以及持续的炎症微环境而成为一个主要挑战。传统的伤口敷料主要起到物理屏障的作用，但无法为细胞增殖、保持水分和控制药物释放提供最佳条件。这些限制往往导致组织再生不足和恢复时间延长。为了克服这些挑战，已经开发出了先进的智能敷料，它们能够通过响应伤口部位的生理信号积极参与愈合过程。本研究的主要意义在于发现了一种新的pH响应性共聚物——淀粉接枝PCL（S-g-P），该共聚物在碱性pH环境下具有增强的药物释放性能，这一特性在慢性伤口表面得到了验证。优化后的S-g-P电纺膜表现出更好的亲水性、生物降解性、液体管理和血液相容性以及机械强度。负载庆大霉素的S-g-P多层膜在碱性pH（8.9）下表现出持续且pH响应性的药物释放特性，这正是慢性炎症伤口表面的特征。这些膜在28天内对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）也表现出显著的抗菌活性。20% S-g-P/G多层膜表现出优异的细胞增殖和附着能力，被认为是一种具有持续抗菌活性、降低细胞毒性和改善伤口愈合结果的潜在先进敷料。
慢性组织损伤是一个持续的医疗挑战，常常导致愈合延迟、长期患病以及复发性感染的风险增加[1]。细菌定植是这类伤口中最常见且严重的并发症之一，因为它会破坏自然愈合过程并增加全身感染的可能性[2]。局部递送抗菌剂（通常通过凝胶或液体制剂）已被广泛用于降低这些风险[3]。然而，这些传统方法常常存在药物释放不均匀的问题，可能导致细胞毒性、延缓愈合，并且长期使用还会促进抗菌药物耐药性的产生[4]。为了克服这些限制，能够直接在伤口部位提供持续且可控治疗效果的经皮药物递送系统已成为一种有前景的替代方案[5][6]。通过将药物浓度维持在治疗窗口内，这些系统可以增强抗菌效果同时最小化不良反应[7]。除了控制药物释放外，理想的伤口敷料还应促进止血、管理伤口渗出物、防止微生物侵入，并积极支持组织再生[8][9]。
刺激响应型药物递送伤口敷料材料因其能够在最佳治疗浓度和可控时间间隔内递送抗菌剂而引起了大量研究兴趣[10][11]。在各种生理触发因素中，伤口pH值已成为开发响应型药物递送系统的一个特别有前景的指标[12]。健康皮肤的pH值通常呈酸性；然而，急性伤口会暴露出下层组织和间质液，导致pH值接近中性（约7.4）。相比之下，慢性伤口的pH值通常较高（7-9），这受到血液、间质液、氨和其他伤口渗出物成分的影响[12]。这些pH值的变化为治疗剂的控制性和局部释放提供了有效的刺激。
pH响应型伤口敷料的设计目的是根据伤口微环境的pH值调整药物释放特性，从而增强抗菌效果、降低感染风险并促进组织修复。pH值触发药物释放的原因主要是由于药物负载的伤口敷料材料在特定pH范围内会发生膨胀或降解。例如，基于甲基纤维素的水凝胶被设计为在感染伤口的碱性pH条件下释放银纳米颗粒（AgNPs），此时酯键水解会扩展水凝胶网络并增加AgNPs的释放[13]。类似地，含有羧甲基壳聚糖和氧化羧甲基纤维素负载微凝胶的复合水凝胶系统也表现出pH敏感的药物释放特性，在碱性pH下银磺胺嘧啶的释放量显著高于中性或酸性条件[14]。尽管取得了这些进展，许多报道的pH响应型水凝胶仍面临快速降解和封装药物突然释放的问题[15][16]。因此，设计更稳定、精确可调的pH响应型伤口敷料仍是未来研究的关键焦点。
最近的研究越来越多地探索pH响应型纳米纤维膜作为伤口愈合应用中控制药物释放的平台。在一个例子中，使用具有不同pH响应性的甲基丙烯酸基共聚物制备了电纺纳米纤维，以封装抗菌剂氯己定和利福平。具体来说，使用了Eudragit® L100-55（在pH > 5.5时溶解）和Eudragit® S100（在pH > 7.0时溶解），以实现针对伤口pH变化的靶向药物释放。尽管这些共聚物具有多功能性，但它们的生物相容性仍是一个问题[17]。本研究中选择了PCL和淀粉，因为它们提供了适合伤口愈合和控制药物释放应用的互补特性。PCL是一种生物相容性良好的生物医学工程材料，具有机械强度、缓慢降解性和封装多种治疗分子的能力[18]。相比之下，淀粉是一种天然的亲水性可生物降解多糖，已知能支持细胞粘附、增殖和伤口愈合反应。将淀粉与PCL结合可以提高加工性能并降低淀粉的湿度敏感性，同时淀粉还能增强PCL的亲水性和生物降解性[19]。在另一项研究中，Reshmi等人开发了含有姜黄素的电纺聚己内酯（PCL）/淀粉复合纤维，该纤维表现出pH依赖性的释放行为。在碱性pH 7.4下，该系统释放的姜黄素量显著高于酸性pH 6.0。在这种复合基质中，淀粉成分主要负责pH响应性的释放。然而，膜的总体pH敏感性受到复合结构的影响[20]。
基于先前研究的见解，本研究旨在通过将淀粉接枝到己内酯单体上来开发一种新型的pH响应型药物递送伤口敷料，从而制备出新的共聚物——淀粉接枝PCL（S-g-P），并将其电纺成亲水性、可生物降解的纳米纤维膜。选择庆大霉素作为模型药物来评估膜的刺激响应性药物释放行为。庆大霉素具有高稳定性，并已被证明对多种病原体有效。其抗菌作用涉及与细菌核糖体的30S亚单位不可逆结合，导致mRNA错误解读并进而抑制必需蛋白质的合成[21]。
在本研究中，通过将己内酯单体通过羟基接枝到淀粉主链上来对其进行化学修饰，随后通过开环聚合生成淀粉-接枝聚己内酯（S-g-P）共聚物。这种修饰旨在结合淀粉的pH响应性药物释放能力、改进的液体传输机制、亲水性以及生物降解性，同时保留PCL的机械强度和稳定性。制备了两种负载庆大霉素的S-g-P电纺膜：（i）庆大霉素均匀分布在纤维基质中的膜；（ii）庆大霉素仅封装在内层的双层膜。这种设计有助于评估药物分布如何影响释放动力学和抗菌效果。具体目标包括：
(i)优化S-g-P基质的电纺参数；
(ii)研究淀粉接枝对物理化学性质和降解的影响；
(iii) 评估S-g-P膜的血液相容性、细胞活力、附着和增殖；
(iv) 评估S-g-P膜的体外pH触发药物释放动力学。材料
单体ε-己内酯（Ɛ-CL）、聚己内酯（Mn 80,000）、催化剂二乙基己酸锡（Sn(II) 2-ethylhexanoate）（95%）和淀粉购自Sigma-Aldrich（美国）；甲苯（≥99%）和正庚烷（≥99%）购自Spectrochem Pvt. Ltd.（印度）；LB琼脂购自HiMedia Laboratories Pvt. Ltd.（印度）。用于电纺的溶剂三氟乙醇（TFE，≥99%）购自Avra Chemicals Ltd.（印度）；牛血清白蛋白（BSA，≥98%）购自SRL Chemicals
S-g-PCL的单体转化率和接枝效率
< />2催化剂反应。Sn2O作为活性中心，通过配位-插入机制启动了PCL的开环聚合。在这种聚合机制中，Sn2O与淀粉表面的羟基发生原位反应，从而固定在其表面上
结论
本研究成功开发并评估了具有pH响应性药物释放能力的电纺纳米纤维膜。在评估了生物降解性、亲水性和液体传输性能以及机械稳定性后，选择了20% S-g-P/G负载的电纺膜作为优化配方。20% S-g-P电纺膜表现出良好的物理化学特性、可调的降解行为和优异的血液相容性。
CRediT作者贡献声明
V.S. Sumi：方法学、研究、数据管理。
Jiya Mariya Joseph Paleekunnel：方法学、研究、数据管理。
P. Sagitha：验证、软件、概念化。
Najma Nujoom：软件、数据分析。
Shanti Kumar Nair：写作、审稿与编辑。
C.R. Reshmi：写作——初稿撰写、可视化、监督、资源管理、项目协调、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
