上海大学赵春华、杨雪AM：氢键有机框架膜用于高效伤口愈合

氢键有机框架（HOFs）作为一种新兴的多功能材料，因其出色的生物相容性、丰富的活性位点和可调节的孔隙度而备受青睐，这对于高级伤口护理极为有益。然而，一个重大挑战是将原始的HOFs粉末转化为与软生物系统兼容的轻质、超薄、自立的膜。在这里，上海大学赵春华/杨雪&中国科学院大学曹荣/刘天赋开发了一种使用聚合物辅助液-气界面技术的形状适应性HOF基基质膜（HMMs）。HMMs能够无缝地适应不同大小和形状的组织，有效止血，并提供高水蒸气透过性。值得注意的是，无论是体外还是体内研究，以及使用小鼠伤口模型的实验都表明，这些组织适应性的HMMs显著加速了伤口愈合，通过调节受损组织的炎症环境和促进快速再上皮化。此外，RNA测序分析和机制研究表明，HMMs有效地减少了炎症，并促进了组织从增殖阶段向皮肤发育的重塑阶段的转变。这项工作不仅为高级伤口护理材料开辟了新途径，而且为HOFs与聚合物的混合使用奠定了基础，为广泛的潜在应用提供了可能。该研究以题为“Freestanding Hydrogen-Bonded Organic Framework Membrane for Efficient Wound Healing”的论文发表在《Advanced Materials》上。

方案1展示了通过聚合物辅助液-气界面技术制备PMMA@PFC-73伤口敷料的整个过程，包括在水面上形成膜、使用线圈回收自立式膜，以及该膜如何无缝地适应伤口表面，从而有效止血并提供高水蒸气透过性。此外，还说明了PMMA@PFC-73膜通过消除活性氧(ROS)、减少炎症、保护细胞免受氧化应激，进而促进伤口愈合的机制。因此，这种新型的PMMA@PFC-73伤口敷料为高效伤口护理提供了一种创新的解决方案，能够与不同形态的伤口组织紧密结合，为伤口愈合过程的各个阶段创造有利环境。

方案1. PMMA@PFC-73伤口敷料的制备过程示意图

【PMMA@PFC-73膜的合成和表征】

图1展示了PMMA@PFC-73膜的合成和表征。结果证实了PMMA@PFC-73膜保持了PFC-73的结晶相和物理性质，具有良好的柔韧性和超轻重量，并且能够无缝地贴合各种组织和器官表面。此外，该膜展现出优异的水蒸气透过性，远超其他传统柔性基底，表明PMMA@PFC-73膜不仅具备良好的组织粘附性，还能为伤口提供适宜的湿润环境，有助于加速伤口愈合过程。

图1. PMMA@PFC-73膜的合成和表征

【PMMA@PFC-73膜在体外的血液相容性和凝血效果】

图2探讨了PMMA@PFC-73膜的血液相容性和凝血效果。实验结果表明，PMMA@PFC-73膜具有优异的血液相容性，其溶血率低，细胞存活率高，凝血能力强，BCI值低，表明其能更有效地促进血液凝固。此外，PMMA@PFC-73膜还能通过氢键诱导红细胞聚集，加速凝血过程，这些特性表明PMMA@PFC-73膜是一种潜在的高性能止血材料，适合作为伤口敷料应用于临床。

图2. PMMA@PFC-73膜在体外的血液相容性和凝血效果

【PFC-73促进HUVECs增殖和迁移】

图3研究了PFC-73对HUVECs增殖和迁移的影响，发现PFC-73能够显著促进HUVECs的活力、增殖和迁移。实验结果显示，PFC-73处理的细胞具有更高的细胞活力和增殖率，划痕愈合实验中伤口闭合速度更快，跨膜迁移实验中迁移细胞数量显著增加，同时PFC-73还显著上调了细胞增殖标记物Ki67的表达。这些结果表明PFC-73具有促进血管生成和组织修复的潜力，这对于伤口愈合过程中的组织再生和功能恢复具有重要意义。

图3. PFC-73促进HUVECs增殖和迁移

【PFC-73的抗炎效果及其对细胞的抗氧化应激保护】

图4探讨了PFC-73对HUVECs的抗炎作用以及对细胞免受氧化应激损伤的保护效果，通过模拟过量ROS产生的细胞模型和氧化应激模型，评估了PFC-73对细胞内ROS水平、炎症因子表达水平以及细胞活力的影响。实验结果表明，PFC-73能有效降低由LPS诱导的ROS水平，减少炎症因子如IL-8、IL-6和IL-1β的表达，并且能够显著提高H₂O₂处理后细胞的存活率。这些发现证实了PFC-73具有显著的抗氧化和抗炎作用，有助于改善炎症反应并保护细胞免受氧化应激的损伤，这对于促进伤口愈合和组织修复具有重要的治疗潜力。

图4. PFC-73的抗炎效果及其对细胞的抗氧化应激保护

【PMMA@PFC-73纳米复合膜对小鼠伤口愈合的治疗作用】

图5展示了PMMA@PFC-73纳米复合膜在小鼠全层背皮肤穿刺伤口模型中对伤口愈合过程的影响，通过监测不同时间点的伤口闭合情况、H&E和Masson染色评估组织修复情况以及测定伤口微环境中炎症因子IL-6的表达水平，发现PMMA@PFC-73膜处理的伤口愈合速度明显加快，愈合率显著高于对照组和单独使用PFC-73的组，并且在组织学上显示出更少的炎症细胞浸润、更多的胶原蛋白沉积和更完全的表皮重建。此外，PMMA@PFC-73膜的应用还显著降低了伤口组织中IL-6的表达，减少了炎症反应。这些结果表明PMMA@PFC-73纳米复合膜作为一种新型的伤口敷料，能够有效促进伤口愈合，提高愈合质量，并且具有良好的生物安全性，为临床伤口治疗提供了新的可能性。

图5. PMMA@PFC-73纳米复合膜对小鼠伤口愈合的治疗作用

【PMMA@PFC-73膜处理后伤口组织的RNA序列分析】

图6展示了PMMA@PFC-73膜对小鼠伤口愈合过程中基因表达的影响。通过RNA测序分析，研究发现，与对照组相比，PFC-73处理组有1995个差异表达基因，而PMMA@PFC-73膜处理组则有1827个差异表达基因。这些差异表达的基因主要与皮肤发育、脂肪酸代谢、表皮发展、细胞增殖和炎症反应调节相关。特别是，PMMA@PFC-73膜处理组在皮肤发育和炎症反应调节方面表现出显著的基因表达变化，包括上调与皮肤发育相关的基因和下调炎症反应中的促炎基因。这些发现表明，PMMA@PFC-73膜不仅能够通过物理屏障作用减少炎症反应，还能通过控制PFC-73的释放来促进更有效的皮肤发育，从而在基因层面上揭示了PMMA@PFC-73膜如何加速小鼠伤口愈合过程的机制。

图6. PMMA@PFC-73膜处理后伤口组织的RNA序列分析

【小结】

该研究提出了一种利用液-气界面法辅助聚合物制备的氢键有机框架(HOFs)膜敷料，这种敷料具有出色的抗氧化和抗炎特性，能够加速伤口愈合过程。制备的PMMA@PFC-73膜能够轻松制备成不同格式，用于治疗不规则大小和形状的慢性伤口，且不会污染伤口。该基于HOFs的纳米复合膜可以促进人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的增殖和迁移，消除活性氧(ROS)，有效抗炎，并保护细胞免受氧化应激损伤。这项工作是首次将多功能HOFs应用于伤口管理的尝试，可能会激励更多与脆弱组织相容的生物活性材料的出现，从而改进医疗保健。HOFs在薄膜敷料中的可用性在推进生物医学技术方面具有巨大潜力，并为医疗保健领域开辟了新的可能性。