海藻多糖基水凝胶的制备及其在伤口敷料中的应用

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水凝胶因其亲水性好、吸收力强等优点,能为伤口提供适宜愈合和修复的湿度环境,因此被广泛应用于伤口修复领域。用合成聚合物制备得到的水凝胶可能存在生物相容性差、促进伤口愈合活性不足等缺点。因此多糖类水凝胶受到越来越多的关注。多糖是海藻的主要活性成分之一。我国海藻资源非常丰富,但个别品种海藻直接食用或被初加工,大部分海藻资源未被开发利用,造成资源极大浪费。为实现海藻资源的高值化利用,本研究旨在从海藻中制备活性多糖成分,将其应用到伤口敷料领域,拓宽海藻多糖的应用范围。本课题组前期研究发现,海藻多糖(如羊栖菜多糖、龙须菜多糖等)具有抗炎、促进细胞增殖等生物活性,表明海藻多糖可作为活性物质添加到水凝胶体系中,增强水凝胶的伤口愈合作用。因此,本文以海藻多糖、壳聚糖和聚乙烯醇(PVA)为原料制备一种具有伤口愈合功效的水凝胶并测定其溶胀性能和机械性能。随后以抗凝牛血为材料,采用人表皮永生化细胞(Ha Ca T)细胞模型,探究海藻多糖基水凝胶对伤口愈合四个阶段(止血期、炎症反应期、细胞增殖期和组织重塑期)的作用,得到的结论如下:(1)本文以水提羊栖菜多糖(SFP)、龙须菜多糖(GLP)和海带多糖(LJP)为原料,制备海藻多糖/壳聚糖/聚乙烯醇(PVA)水凝胶,并选择凝胶性质最稳定、促进Ha Ca T细胞修复效果最佳的海藻多糖进行后续实验。在三种海藻多糖基水凝胶中,LJP-gel由于其稳定的双网络结构,表现出最高的溶胀性能(溶胀度16.53)和最强的机械强度(杨氏模量31.67 k Pa),同时能使受损的Ha Ca T细胞在24小时内修复率达95.30%,因此选择海带多糖进行后续研究。(2)为探索LJP-gel的最佳制备工艺,本文分别研究了水凝胶制备的单因素(PVA浓度、LJP-壳聚糖配比和LJP多糖浓度),对溶胀性能和机械性能的影响。发现PVA和LJP的浓度越高,形成的水凝胶具有越高的交联密度,从而结构越紧密,表现出更高的机械性能和更低的溶胀度。经过响应面优化法得出的水凝胶最佳工艺为:PVA浓度为5%,LJP-壳聚糖配比为0.5,LJP浓度为0.5%,其实际溶胀度为14.64±0.61,杨氏模量为39.38±1.21 k Pa。(3)研究了LJP分子量对LJP-gel凝胶性能和伤口愈合性能的影响。采用UV/H2O2制备得到不同分子量的海带多糖(分子量分别为315、174、80、38、20 k Da),发现随着海带多糖LJP的分子量逐渐降低,形成的水凝胶交联密度越低,结构更加疏松,溶胀性能更高,但是机械性能略有降低。(4)研究了不同分子量LJP制备的水凝胶对伤口愈合的四个阶段:止血期、炎症反应期、细胞增殖期和组织重塑期的影响。发现海带多糖制备成水凝胶后,对上述伤口愈合过程的后三个阶段的修复效果均显著优于海带多糖。在止血阶段,分子量较大的海带多糖基水凝胶吸血量最高,稳定的结构保证其能吸收自身重量15倍的血液量,且可以通过促进血小板聚集,从而促进凝血,达到止血效果。在炎症反应阶段,分子量较小的海带多糖基水凝胶的抗炎效果最好,其对促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6的抑制作用对比模型组分别降低了57.33%、67.72%和44.80%,且可通过下调细胞内上述促炎因子的基因表达来发挥抗炎作用。在细胞增殖阶段,分子量较大的海带多糖基水凝胶对受损细胞的修复效果最佳,0-gel处理损伤的Ha Ca T细胞24小时后,划痕可以完全修复。在组织重塑阶段,分子量较小的海带多糖基水凝胶的效果最好,可以促进Ha Ca T细胞中羟脯氨酸的释放和胶原蛋白的生成,并且上调COAI基因的相对表达量。
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