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负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶的性能及其对小鼠全层皮肤缺损感染创面愈合的作用

严珍珍 王雨翔 张停琳 荀竞男 马艺程 季超 高洁 肖仕初

严珍珍, 王雨翔, 张停琳, 等. 负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶的性能及其对小鼠全层皮肤缺损感染创面愈合的作用[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2024, 40(1): 33-42. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20231020-00126.
引用本文: 严珍珍, 王雨翔, 张停琳, 等. 负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶的性能及其对小鼠全层皮肤缺损感染创面愈合的作用[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2024, 40(1): 33-42. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20231020-00126.
Yan ZZ,Wang YX,Zhang TL,et al.Properties of gelatin-polyethylene glycol hydrogel loaded with silver nanoparticle Chlorella and its effects on healing of infected full-thickness skin defect wounds in mice[J].Chin J Burns Wounds,2024,40(1):33-42.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20231020-00126.
Citation: Yan ZZ,Wang YX,Zhang TL,et al.Properties of gelatin-polyethylene glycol hydrogel loaded with silver nanoparticle Chlorella and its effects on healing of infected full-thickness skin defect wounds in mice[J].Chin J Burns Wounds,2024,40(1):33-42.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20231020-00126.

负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶的性能及其对小鼠全层皮肤缺损感染创面愈合的作用

doi: 10.3760/cma.j.cn501225-20231020-00126
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 82172201

国家重点研发计划项目 2018YFE0194300

详细信息
    通讯作者:

    肖仕初,Email:huangzhuoxiao4@hotmail.com

Properties of gelatin-polyethylene glycol hydrogel loaded with silver nanoparticle Chlorella and its effects on healing of infected full-thickness skin defect wounds in mice

Funds: 

General Program of National Natural Science Foundation of China 82172201

National Key Research and Development Program of China 2018YFE0194300

More Information
  • 摘要:   目的   探讨负载银纳米颗粒(AgNP)小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶(以下简称复合水凝胶)的性能及其对小鼠全层皮肤缺损感染创面愈合的作用。   方法   该研究为实验研究。制备单纯明胶/聚乙二醇水凝胶(以下简称单纯水凝胶)和复合水凝胶,大体观察2种水凝胶分别在55、37 ℃以及808 nm近红外光照射下的外观和可注射性;采用电子万能试验机测试2种水凝胶在室温下的拉应力-应变性能、压应力-应变性能以及复合水凝胶在80%最大压应力下的循环压应力-应变性能。分别于磷酸盐缓冲液(PBS)、单纯水凝胶和复合水凝胶中滴加金黄色葡萄球菌或大肠埃希菌菌液。取部分滴加了金黄色葡萄球菌或大肠埃希菌菌液的复合水凝胶,予近红外光照射5 min。将各样品孵育6 h后,采用稀释涂布平板法检测并计算2种细菌培养24 h的死亡率(样本数为5)。取海军军医大学第一附属医院泌尿外科收治的1名6岁健康男童包皮环切术后废弃包皮组织,采用酶解法提取分离原代人成纤维细胞(HFb),常规培养至第3~6代,用于后续细胞实验。制备终质量浓度分别为100.0、50.0、25.0、12.5、0 mg/mL的复合水凝胶浸提液,用其培养HFb,培养24 h后采用细胞计数试剂盒8检测细胞增殖活性,样本数为3。取20只6~8周龄雌性C57BL/6J小鼠,在每只鼠背部制作1个全层皮肤缺损创面,在创面上涂抹金黄色葡萄球菌菌液进行感染。将感染小鼠按照随机数字表法分为空白对照组、单纯水凝胶组、复合水凝胶组、联合处理组,每组5只小鼠,分别采用PBS、单纯水凝胶、复合水凝胶、复合水凝胶+光照(用波长808 nm近红外光照射5 min)处理其创面。于伤后0(首次处理创面后即刻)、3、7、14 d,大体观察各组小鼠创面渗出及愈合情况并计算伤后7、14 d的创面愈合率,样本数为5。伤后14 d,行苏木精-伊红染色观察小鼠创面组织病理学变化。   结果   单纯水凝胶和复合水凝胶在55 ℃时均为溶液状态,降温到37 ℃后均呈凝胶态;近红外光照射2种水凝胶后,仅复合水凝胶升温,可再次回到溶液状态,即具有可注射性。复合水凝胶的最大拉应力可达301.42 kPa,对应的应变为87.19%;最大压应力可达413.79 kPa,对应的应变为91.67%,均与单纯水凝胶的拉伸和压缩性能相近。复合水凝胶经过10次压缩循环后,其最大压应力仍可达第1次压应力的84.1%。培养24 h,金黄色葡萄球菌经单纯水凝胶处理后的死亡率明显高于经PBS处理后( P<0.05);大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌仅经复合水凝胶处理后的死亡率均明显高于经单纯水凝胶处理后( P<0.05);大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌经复合水凝胶+光照处理后的死亡率均明显高于仅经复合水凝胶处理后( P<0.05)。培养24 h,与用终质量浓度0 mg/mL复合水凝胶浸提液培养相比,用终质量浓度25.0、50.0 mg/mL复合水凝胶浸提液培养的HFb的增殖活力均明显增强( P<0.05),用终质量浓度100.0 mg/mL复合水凝胶浸提液培养的HFb的增殖活力明显减弱( P<0.05)。伤后0、3 d,空白对照组、单纯水凝胶组小鼠创面中的脓性分泌物均较多,复合水凝胶组小鼠创面中仅有少量渗出液,而联合处理组小鼠创面中未见明显感染。伤后7、14 d,单纯水凝胶组小鼠创面愈合率均明显高于空白对照组( P<0.05),复合水凝胶组小鼠创面愈合率均明显高于单纯水凝胶组( P<0.05),联合处理组小鼠创面愈合率均明显高于复合水凝胶组( P<0.05)。伤后14 d,空白对照组小鼠创面有较多的炎症细胞浸润、未见新生的上皮层;单纯水凝胶组小鼠创面中新生上皮长度短,且存在少量炎症细胞;复合水凝胶组小鼠创面中有连续的新生上皮形成,以及大量未成熟的肉芽组织;联合处理组小鼠创面有连续的新生上皮形成,未成熟肉芽组织较少。   结论   制备的复合水凝胶具有良好的温敏性、光热性和可注射性,以及良好的机械性能、抗菌性能和生物相容性,可促进小鼠全层皮肤缺损感染创面愈合。

     

  • 1  单纯小球藻和银纳米颗粒(AgNP)小球藻的微观形貌及AgNP小球藻含有的化学元素 扫描电子显微镜×10 000。1A.单纯小球藻颗粒均匀;1B.AgNP小球藻颗粒均匀,且颗粒表面可见明显小突起;1C.AgNP小球藻的元素分布图,左上指示银元素、右上指示氧元素、左下指示磷元素、右下指示碳元素

    2  2种水凝胶随温度及近红外光光照的变化。2A.55 ℃时单纯水凝胶(左)和复合水凝胶(右)均为溶液状态;2B.37 ℃时单纯水凝胶(左)和复合水凝胶(右)均为凝胶态;2C.凝胶态的复合水凝胶经光照4 min后恢复溶液状态,具有可注射性

    注:单纯水凝胶指明胶/聚乙二醇水凝胶,复合水凝胶指负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶

    3  采用电子万能试验机检测2种水凝胶的机械性能。3A.2种水凝胶的拉应力-应变曲线;3B.2种水凝胶的压应力-应变曲线;3C.复合水凝胶的循环压应力-应变曲线

    注:单纯水凝胶指明胶/聚乙二醇水凝胶,复合水凝胶指负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶

    4  稀释涂布平板法检测2种细菌在4种处理方式下培养24 h的生长情况。4A、4B、4C、4D.分别为大肠埃希菌在磷酸盐缓冲液、单纯水凝胶、复合水凝胶、复合水凝胶+波长808 nm近红外光照射5 min处理下的生长情况;4E、4F、4G、4H.分别为金黄色葡萄球菌在前述4种处理方式下的生长情况,图4E、4F、4G、4H的菌落数变化情况分别与图4A、4B、4C、4D相近

    注:单纯水凝胶指明胶/聚乙二醇水凝胶,复合水凝胶指负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶

    5  用不同终质量浓度的复合水凝胶浸提液培养24 h后人成纤维细胞增殖活力比较(样本数为3, x ¯ ± s

    注:复合水凝胶指负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶;总体比较,F=44.48,P<0.001;与0 mg/mL相比,aP<0.05

    6  4组小鼠伤后各时间点全层皮肤缺损感染创面愈合情况。6A、6B、6C、6D.分别为空白对照组在伤后0、3、7、14 d创面愈合情况;6F、6G、6H、6I.分别为单纯水凝胶组创面在前述时间点的愈合情况;6K、6L、6M、6N.分别为复合水凝胶组创面在前述时间点的愈合情况;6P、6Q、6R、6S.分别为联合处理组创面在前述时间点的情况,图6E、6J、6O、6T中绿色边界和蓝色边界内的面积均基本呈缩小趋势

    注:空白对照组、单纯水凝胶组、复合水凝胶组和联合处理组分别采用磷酸盐缓冲液、明胶/聚乙二醇水凝胶、负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶、负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶+波长808 nm近红外光照射5 min处理;图中圆形参照物直径为1 cm;图6E、6J、6O、6T为ImageJ软件处理后的量化图,图中红色、黄色、绿色、蓝色边界内面积分别表示伤后0(首次处理创面后即刻)、3、7、14 d的创面面积

    7  伤后14 d的4组小鼠全层皮肤缺损感染创面组织病理学情况 苏木精-伊红×5。7A、7B、7C、7D.分别为空白对照组、单纯水凝胶组、复合水凝胶组、联合处理组创面,与图7A、7B、7C相比,图7D的新生上皮连续且未成熟肉芽组织少

    注:空白对照组、单纯水凝胶组、复合水凝胶组和联合处理组分别采用磷酸盐缓冲液、明胶/聚乙二醇水凝胶、负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶、负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶+波长808 nm近红外光照射5 min处理

    表1  稀释涂布平板法检测2种细菌在4种处理方式下培养24 h的死亡率(%, x ¯ ± s

    表1.   The mortality rates of the two bacteria cultured under the four treatments for 24 h detected by the dilution plating method

    处理方式 样本数 大肠埃希菌 金黄色葡萄球菌
    磷酸盐缓冲液 5 0±7.2 0±3.1
    单纯水凝胶 5 10.6±2.4 19.6±5.2 c
    复合水凝胶 5 62.8±8.3 a 46.6±6.4 a
    复合水凝胶+光照 5 94.2±4.0 b 90.6±5.7 b
    F 221.80 224.80
    P <0.001 <0.001
    注:单纯水凝胶指明胶/聚乙二醇水凝胶,复合水凝胶指负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶,光照指采用波长808 nm近红外光照射5 min;与单纯水凝胶相比, a P<0.05;与复合水凝胶相比, b P<0.05;与磷酸盐缓冲液相比, c P<0.05
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    表2  伤后7、14 d的4组小鼠全层皮肤缺损感染创面愈合率比较(%, x ¯ ± s

    表2.   Comparison of healing rates of infected full-thickness skin defect wounds of mice in 4 groups on post injury day 7 and 14

    组别 样本数 7 d 14 d
    空白对照组 5 31.2±3.5 56.6±7.0
    单纯水凝胶组 5 43.8±5.8 72.0±5.2
    复合水凝胶组 5 58.6±3.8 81.8±5.3
    联合处理组 5 71.4±3.8 94.2±2.6
    F 81.56 43.09
    P <0.001 <0.001
    P 1 0.001 <0.001
    P 2 <0.001 0.015
    P 3 0.001 0.002
    注:空白对照组、单纯水凝胶组、复合水凝胶组和联合处理组分别采用磷酸盐缓冲液、明胶/聚乙二醇水凝胶、负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶、负载银纳米颗粒小球藻的明胶/聚乙二醇水凝胶+波长808 nm近红外光照射5 min处理;时间因素主效应, F=1 471.00, P<0.001;处理因素主效应, F=64.15, P<0.001;二者交互作用, F=3.91, P=0.028; P 1值为单纯水凝胶组与空白对照组比较所得; P 2值为复合水凝胶组与单纯水凝胶组比较所得; P 3值为联合处理组与复合水凝胶组比较所得
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  • 收稿日期:  2023-10-20

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