Bioactive Materials | 智能微环境适应纳米催化水凝胶，用于生物膜感染伤口的连续抗菌、抗炎和再生治疗

生物膜感染的伤口仍是重大临床挑战，因为生物膜感染和持续炎症阻碍了传统疗法对不断变化的伤口微环境的动态适应。本研究成功开发出智能水凝尔敷料（HCOC），通过将被腐植酸（HAs）包裹的超小混合价铜纳米酶（Cu5.4O）整合到氧化的海藻酸-羧甲基壳聚糖网络中，实现程序化和 pH 响应疗法。在酸性生物膜感染期（pH < 6.5），HAs 壳体聚集，可控释放 Cu5.4O 以启动化学动力学治疗（CDT），同时使 HAs 介导的光热疗法（PTT）成为可能。这种协同的 CDT/PTT 实现了卓越的抗菌效果，能消除 99.99%的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，并扩散 87.46%的生物膜。感染后伤口 pH 升高（pH ≥ 7.0），HAs 溶解，释放更多 Cu5.4O 纳米酶，这些酶转为强效抗氧化模式——清除 90%的活性氧成分——并通过抑制 NF-κB 和激活 Wnt/β-catenin 信号促进 M2 巨噬细胞极化。体内，HCOC 结合近红外照射加速感染伤口愈合，7 天内实现 91.65%的闭合率，显著增强血管生成（约 90 个 CD31+细胞/场），并增强 M2 巨噬细胞浸润（约 110 个 CD163+细胞/场）。本研究建立了通过微环境响应序列疗法实现精准创伤管理的范式转变平台。

该研究以题为“Smart microenvironment-adaptive nanocatalytic hydrogel for sequential antibacterial, anti-inflammatory, and regenerative therapy of biofilm-infected wounds”发表在Bioactive Materials上。

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用于促进生物膜感染伤口愈合的 HCOC 应用的示意图。(A) HCOC 制备方法示意图。(B) HCOC 在细菌感染的皮肤伤口中的顺序治疗机制示意图。

慢性伤口一旦形成生物膜，既耐药又容易引起持续炎症，传统方法很难兼顾抗感染和组织修复。西安和空军军医大学的研究团队开发了一种叫HCOC的智能水凝胶，核心思路是用pH来“指挥”治疗节奏。他们把超小混合价铜纳米酶（Cu5.4O）先用腐殖酸包起来，再装进氧化海藻酸钠和羧甲基壳聚糖组成的动态席夫碱网络里。感染初期伤口偏酸（pH<6.5），腐殖酸收缩成团，只放出少量铜纳米酶，既能催化过氧化氢产生羟基自由基做化学动力学治疗，又能在近红外光下发热做光热治疗，两者配合把MRSA和大肠杆菌杀掉了99.99%以上，生物膜清除率87.46%。等感染控制住、伤口pH回升到碱性（pH>7.0），腐殖酸溶解，更多铜纳米酶释放出来，这时候它们的酶活性会切换成SOD、CAT和GPx模拟酶模式，高效清除活性氧，避免伤及新生组织。

更巧妙的是，HCOC还能调节免疫。它一方面抑制NF-κB通路降低M1型促炎巨噬细胞，另一方面激活Wnt/β-catenin通路让巨噬细胞往M2型抗炎修复方向转化，同时促进成纤维细胞迁移和血管新生。在小鼠MRSA感染的全层皮肤缺损模型里，HCOC加上一次近红外光照，7天伤口愈合率达到91.65%，CD31阳性血管和CD163阳性M2巨噬细胞都显著增加，而炎症因子和氧化应激水平明显下降。转录组测序也验证了TNF信号通路被抑制、Wnt信号通路被激活。整体上看，这个水凝胶就像一个会自己判断“现在该杀菌还是该长肉”的智能绷带，为处理复杂感染伤口提供了一个可编程的闭环治疗思路。

参考文献：

DOI: 10.1016/j.bioactmat.2026.02.043