Adv. Mater.：工程化生物纖維素止血敷料賦能燒傷創(chuàng)面治療

近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國重點實驗室、合成生物學(xué)研究所材料合成生物學(xué)研究中心鐘超團隊，聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院燒傷整形科劉琰團隊，在國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials發(fā)表題為“Thrombin-Anchored Bacterial Cellulose Dressing for Advanced Burn Wound Care”的研究論文。該研究基于纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域（CBD）的非共價橋連機制，成功將重組人源凝血酶固定于生物纖維素基體上，構(gòu)建出兼具止血與促愈合功能的一體化敷料（T-BC）。該材料在燒傷創(chuàng)面護理中表現(xiàn)出優(yōu)異的生物性能和組織修復(fù)能力，為嚴(yán)重創(chuàng)傷管理提供了新的材料策略，并展現(xiàn)出良好的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

在臨床燒傷創(chuàng)傷治療中，早期削痂術(shù)是清除壞死組織、減輕炎癥反應(yīng)并改善愈合效果的關(guān)鍵干預(yù)措施。然而，該手術(shù)通常伴隨明顯的術(shù)區(qū)出血。若止血控制不充分，不僅會增加繼發(fā)感染風(fēng)險，還可能延緩創(chuàng)面修復(fù)進程，影響患者康復(fù)。當(dāng)前臨床常用的止血方式存在顯著局限：電凝止血雖可有效控制出血，但其熱損傷效應(yīng)易對周圍健康組織造成二次損傷，且處理過程需逐點操作，效率較低；而商用止血劑在換藥時易出現(xiàn)再出血、貼附性差、機械強度不足等問題。這些挑戰(zhàn)凸顯出對兼具快速止血與良好生物相容性的新型創(chuàng)面修復(fù)材料的迫切需求。在眾多材料中，生物纖維素（BC）因其高度可控的納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機械強度、良好的透氣性與生物相容性，被廣泛視為理想的創(chuàng)面敷料基材。該材料是由康普茶菌Komagataeibacter rhaeticus在培養(yǎng)基的氣-液界面自然生成的濕膜，其不引起免疫排斥反應(yīng)，有助于維持濕潤微環(huán)境，促進細胞遷移與組織再生。然而，BC本身缺乏主動的生物功能，如止血活性，這限制了其在復(fù)雜創(chuàng)面中的應(yīng)用。

凝血酶作為止血級聯(lián)反應(yīng)中的關(guān)鍵酶，不僅可迅速催化纖維蛋白原生成纖維蛋白形成血凝塊，還能通過與細胞表面受體相互作用參與調(diào)控傷口愈合過程。但天然凝血酶在創(chuàng)面使用時常因易被體液降解、局部停留時間短、粘附性差等問題而療效受限。針對上述問題，本研究創(chuàng)新性地設(shè)計并構(gòu)建了人源凝血酶與纖維素結(jié)合域（CBD）的融合蛋白，通過簡單浸泡方式將其錨定至BC膜表面，成功制備出具備協(xié)同功能的T-BC敷料。該策略基于分子識別機制進行酶固定化，無需有機溶劑或復(fù)雜化學(xué)修飾，兼顧綠色、安全與工藝可行性。制備所得的T-BC復(fù)合敷料在保留BC原有結(jié)構(gòu)和保濕優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了快速且持久的止血性能，為燒傷創(chuàng)面修復(fù)提供了一種新型、高效且具臨床轉(zhuǎn)化潛力的材料解決方案（圖1）。

圖1 | T-BC敷料在創(chuàng)面治療中的作用機制

在初步實驗中，研究團隊首先篩選獲得了能夠與生物纖維素高效、穩(wěn)定結(jié)合的纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域（CBD），并將其與人凝血酶原-2構(gòu)建為融合蛋白進行表達。該融合蛋白經(jīng)蛇毒酶Ecarin激活后成功轉(zhuǎn)化為具有完整酶活性的CBD-凝血酶，并在體外實驗中表現(xiàn)出顯著的促凝血功能，能夠快速誘導(dǎo)血液凝固。進一步通過大鼠肝臟切口模型驗證了該策略的止血效果：CBD-凝血酶與BC基質(zhì)的穩(wěn)定結(jié)合將BC轉(zhuǎn)化為具有生物活性的功能性止血敷料，可在1分鐘內(nèi)實現(xiàn)快速止血（圖2），表現(xiàn)出優(yōu)越的即時止血能力。此外，研究系統(tǒng)開展了T-BC敷料的細胞毒性、溶血活性與組織相容性評價，相關(guān)結(jié)果表明該材料具有良好的生物安全性，支持其在臨床燒傷創(chuàng)面修復(fù)中的應(yīng)用。

圖2 | T-BC止血敷料的體外及體內(nèi)性能評估

在模擬深Ⅱ度燒傷削痂創(chuàng)面的大鼠模型中，T-BC敷料展現(xiàn)出顯著的促愈合效果。治療組在第5天的創(chuàng)面閉合率明顯高于未處理組，表明該材料可有效加速創(chuàng)面愈合進程（圖3）。進一步的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示，T-BC能夠調(diào)控多條與血管新生、炎癥消退和細胞外基質(zhì)重塑相關(guān)的信號通路，提示其在多階段創(chuàng)面修復(fù)過程中發(fā)揮協(xié)同作用。這一分子層面的調(diào)控作用亦得到了細胞水平和組織學(xué)結(jié)果的佐證，驗證了T-BC在創(chuàng)面微環(huán)境中長期穩(wěn)定存在的基礎(chǔ)上，兼具止血與組織再生的雙重功能。

圖3 |大鼠削痂創(chuàng)面模型中止血促愈效果評估

綜上所述，T-BC敷料有效填補了燒傷創(chuàng)面護理中的關(guān)鍵技術(shù)空白，兼具快速止血與加速組織再生的雙重功能，顯著改善了創(chuàng)面修復(fù)效率并有望提升患者整體預(yù)后表現(xiàn)。通過蛋白功能模塊—碳水化合物結(jié)合域—碳水化合物基質(zhì)的可編程構(gòu)建策略，該平臺兼顧材料的模塊化設(shè)計、生物功能性與臨床相關(guān)性，為未來在急性創(chuàng)傷及慢性難愈性傷口治療中的應(yīng)用提供了廣闊前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院研究員鐘超、副研究員安柏霖和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院劉琰主任為本文的通訊作者。深圳先進技術(shù)研究院科研助理王瑤敏和瑞金醫(yī)院主治醫(yī)師楊沛瑯為本文共同第一作者。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院副研究員王艷怡在本研究過程中提供了重要指導(dǎo)與支持。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、深圳市醫(yī)學(xué)研究專項資金、國家杰出青年科學(xué)基金、深圳市科技計劃項目、國家自然科學(xué)基金以及深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院等項目的資助。同時，本研究感謝材料合成生物學(xué)研究中心儀器分析平臺，以及深圳合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施在本研究中提供的技術(shù)支持。

論文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202420338