黃原膠基新型傷口敷料研究進展

何 琴，張曉南

（重慶醫科大學附屬口腔醫院 口腔疾病與生物醫學重慶市重點實驗室 重慶市高校市級口腔生物醫學工程重點實驗室，重慶 401147）

皮膚是人體最大的器官，是保護內部組織免受機械損傷、微生物感染、紫外線輻射等的決定性結構[1]。皮膚受損是臨床工作中重點關注的問題之一。傷口愈合是一個動態和復雜的現象，遵循一系列協調的階段，大致分為：止血、炎癥、增殖、重塑[2,3]。因此，傷口形成之后，為了盡量減少皮膚功能的喪失，必須在損傷發生后及時運用正確敷料覆蓋傷口，讓傷口快速止血，保證“濕環境”，抵抗感染，允許氧氣擴散，加快細胞增殖，為加速愈合提供最有利的3D微環境，從而減緩疼痛和減少瘢痕產生。隨著臨床需求的增加，現代新型傷口敷料逐漸替代傳統敷料，新型傷口敷料材料如水凝膠、水膠體、海綿、組織工程、3D打印等敷料在保護創面遠離細菌感染的同時，提供濕潤條件、加速傷口愈合等多種作用[4]。

1 黃原膠概述

黃原膠（Xanthan gum，XG）是首批經濟上可行的微生物發酵胞外多糖之一[5]。最開始黃原膠被大量用于提高石油采收率，之后在美國（1969）和歐洲（1982）被批準為食品添加劑，隨后被納入中國（2010）、美國（2012）和歐盟（2014）藥典[6]。

黃原膠主要是由微生物甘藍黑腐病黃單胞菌（Xanthomonas campestris）在無氧條件下產生的高度親水性的陰離子雜多糖，由五個糖重復單元和不同含量的乙酰基和丙酮酸組成[7,8]。黃原膠溶液具有非牛頓流變性，即在增加的剪切速率下具有剪切稀化行為和顯著的黏彈性，因此有緩沖應力的作用，可用于骨關節炎的治療[9]。黃原膠具有高黏附性，主要是黃原膠上存在大量可以形成氫鍵的羥基能夠與黏膜表面上的粘蛋白相互作用[10]。黃原膠的化學性質穩定，安全無毒、可生物降解、生物相容性好、且有免疫調節等作用，常被用于傷口愈合、藥物遞送，組織工程以及涉及黏附性的應用。

在傷口愈合方面，黃原膠常被制為水凝膠、3D打印類、晶片等敷料促進傷口愈合，其原因主要是能形成與細胞外基質相似的形態，且體內降解速率與新組織發育相適應[11]，同時黃原膠的理化性質和膠凝性質，讓生物活性物質能夠很好地加入其中，以持續釋放的方式直接抵達傷口區域。本文闡述了黃原膠及其衍生物在傷口愈合領域的應用和研究進展。

2 黃原膠基水凝膠類敷料

水凝膠是高含水量的相互關聯的3D網絡狀聚合物。與傳統敷料相比，水凝膠提供了濕潤良好的愈合環境，并防止微生物入侵。同時，促進細胞遷徙并冷卻傷口部位，不會因傷口粘連而造成二次創傷[2,12]，在傷口愈合領域具有極大的潛力。

黃原膠和天然聚合物形成復合水凝膠，是其主要研究方向之一。在2020 年，Alves等人[13]首次使用黃原膠(XG)-魔芋葡甘聚糖(KGM)混合物制備傷口敷料，XG/KGM水凝膠具有支持細胞黏附、遷移和增殖的生物學特性，能夠為傷口提供一個濕潤的環境，同時吸收滲出物。這是因為水凝膠表面的親水性和粗糙度適合于細胞的黏附和增殖。在細胞培養72 h后，細胞呈現典型的成纖維細胞形態，并相互建立聯系，形成連續的細胞層，有力證明了水凝膠可以讓傷口快速愈合。在這以后，Zeng團隊[14]于2021 年通過將多巴胺納米顆粒(PDA NPs)引入；Guo等人[15]于2023 年也將首次合成的具有光熱性能的CuS加入由黃原膠和魔芋葡甘聚糖組成的基質中用于皮膚傷口愈合。引入的PDA NPs和CuS分別與基質相互作用形成具有優異機械強度和抗菌的水凝膠。除此之外，上述方法制備的水凝膠也都通過降低炎癥反應、刺激膠原沉積、促進血管重建而顯著加速傷口愈合。Demir[16]等人研制了臨時性和再生性的黃原膠/明膠(XGH)和角蛋白/黃原膠/明膠水凝膠(KXGHs)，兩者都具有較高的吸收能力、適用性，并抑制了細菌的增殖擴散。水凝膠還提供維生素C(VC)的局部輸送。XGHs和KXGHs的水汽透過率介于（3059.09 ± 126）g·m-2·d-1和（4523 ±133）g·m-2·d-1之間，因此它們可以適用于顆粒狀、中低度滲出性創面。而加入VC的兩種水凝膠則具有較高的水分吸收率，對滲出性傷口更為方便，是臨時性皮膚傷口敷料的候選材料。而Han等人[17]以黃原膠和殼聚糖(XG-CS)為材料，通過原位自組織和自修復的方法制備水凝膠。該復合凝膠與受損纖維緊密黏附，形成完整的間質通路，促進成纖維細胞的生理功能。通過建立動物傷口模型證實水凝膠在體內適應傷口應力并最終促進傷口快速愈合。Koop等人[18]以黃原膠和半乳甘露聚糖制備二元水凝膠。二元水凝膠具有凝膠特性、穩定的pH值和耐機械應力能力，即使在45℃暴露45天后仍然如此。經過穩定性試驗，XGMC(黃原膠和半乳甘露聚糖加入CUR微乳液)的CUR含量為98.6%，表明該黃原膠基水凝膠的載藥穩定性。體外細胞毒性、化學穩定性和細胞毒性分析證實了在局部治療期間皮膚長期暴露的安全性和無刺激性。

黃原膠與人工合成聚合物形成水凝膠敷料，在傷口愈合領域的作用也備受青睞。Tang等人[19]以黃原膠(XG)和聚丙烯酰胺(PAAm)為原料制備水凝膠敷料。水凝膠敷料拉伸伸長率可達到2078%，并且具有良好的吸水率，溶脹率為1200%。此外，水凝膠敷料具有優異的生物相容性、普遍的黏附力和自愈能力。更重要的是，PAAm-XG水凝膠可以負載和持續釋放頭孢克肟和人重組表皮生長因子。動物實驗數據表明PAAm-XG水凝膠敷料顯著加速小鼠模型中的傷口愈合。因此多功能黃原膠基水凝膠是治療傷口的候選材料。

為了在制備傷口敷料基質時達到更好的復合效果，通過各種技術方法的改性，黃原膠可以規避某些缺點，增強某一方面的能力。這早已是黃原膠基傷口敷料領域的常見做法。Ragothaman等人[20]制備了包括胺化黃原膠，膠原蛋白，生物覆蓋銀納米粒子和褪黑激素一個穩定的生物雜交水凝膠體系，具有較好的凝膠性、表面形貌和流變性以及生物相容性特性。對普通傷口和多重耐藥病原體都具有優異的殺菌效果。同時，由于銀納米粒子和褪黑激素的協同作用，傷口部位的組織再生、膠原沉積和血管生成非常迅速。這項研究對各種傷口的有效護理，包括感染的慢性傷口提供了一種思路。而Alavarse等人[21]利用酵母衍生肽VW-9對黃原膠進行了改性，接枝VW-9提高XG基水凝膠的溶脹度。水凝膠對成纖維細胞和巨噬細胞具有細胞相容性。因此VW-9修飾的黃原膠水凝膠被認為是有潛力皮膚傷口愈合敷料。

為模擬天然皮膚的結構，黃原膠與兩種以上的材料復合而得的復合型敷料協同促進傷口愈合。Gutierrez-Reyes等人[22]以膠原蛋白和黃原膠(XG)為基礎，研究新型半互穿網絡水凝膠。在生理條件下，XG線性鏈半互穿到膠原蛋白與聚氨酯交聯的基質內部，獲得加速凝膠化時間（約15分鐘）的纖維狀顆粒凸起的無定形表面，超強的吸水性（高達3100%）和對大腸桿菌等病原菌的高抑制能力。而且含有20wt.%XG的水凝膠顯示降低TNF-α和CCL-2細胞因子的產生，增加人類單核細胞中轉化生長因子β的產生，這可用于調節傷口愈合策略中的炎癥和再生能力。

3 3D 打印黃原膠基敷料

3D打印敷料是將生物相容性生物墨水打印成具有生物活性的敷料[23]。這被用作與天然皮膚相似的皮膚替代品,以提高傷口愈合的成功率。

Liang等人[24]以黃原膠、刺槐豆膠、魔芋葡甘聚糖、卡拉膠等食品膠為材料，在異硫氰酸芐酯加入下，成功制備了3D打印抗菌水凝膠。XG的加入增強了水凝膠的機械性能，并且最大應變率為76.5%，優于人皮膚。此外，良好的3D打印性能讓水凝膠滿足不同傷口的大小及形狀，讓傷口愈合變得更加個性化。Altan等人[25]利用殼聚糖(CH)/黃原膠(XG)制備3D打印貼片。隨著XG濃度的存在和增加，3D打印貼片的機械強度、親水性和降解速率均有所提高。此外，將NIH 3T3成纖維細胞接種于貼片上進行細胞培養研究，證實細胞增殖率和黏附力以及在傷口敷料應用方面的潛力。Yang等人[26]以N-鹵胺/ TiO2為原料，以甲基丙烯酸明膠和黃原膠為基質，制備了具有理想溶脹率和良好吸水率的3D抗菌傷口敷料。大腸桿菌O157:H7和金黃色葡萄球菌與敷料接觸60分鐘后就100%失活，而且3D打印貼片還能抑制細菌生物膜的形成。同時突出的生物相容性和顯著加速傷口愈合的能力，表明3D打印敷料是理想的傷口愈合敷料。Unalan等人[27]將含不同濃度的丁香精油（CLV）加入海藻酸鈉（ALG）和黃原膠水凝膠中制備3D打印敷料。黃原膠的共混克服了可打印性和形狀保真度的相關挑戰。CLV的引入增加了對DPPH自由基清除，同時降低了金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的相對細菌活力。同時敷料還表現出抗炎作用。總之，研究不僅展示了ALG-XAN敷料的開發，而且還展示了將天然植物療法納入3D打印水凝膠作為多功能傷口敷料的潛在益處。而Piola等人[28]則利用以不同百分比交聯的明膠和黃原膠作為3D打印水凝膠原料。研究結果表明明膠/黃原膠生物打印水凝膠是生物相容性材料和有用的傷口敷料，因為它們允許人類角質形成細胞和成纖維細胞在體外生長14天。

4 黃原膠基海綿類敷料

黃原膠基傷口敷料類型除了上述敷料之外，還有海綿、薄膜及晶片類傷口敷料。

Xie等人[29]借鑒能夠沿縱向排列通道高效輸送水分和營養物質的歐亞海綿，以季銨化纖維素(QC)、黃原膠和還原石墨烯氧化物(rGO)為原料，制備了具有高吸收、優異的機械壓縮性和抗菌性能的各向異性海綿。該海綿的止血性能優于商業明膠海綿，原因是其正電荷、高效吸收能力及表面粗糙，協同促進紅細胞和血小板的聚集和活化，以及纖維蛋白網絡的形成，加速了凝血的形成過程。海綿具有良好的細胞相容性、血液相容性和抗菌性。因此，對于深部不可壓縮傷口無法控制的出血方面具有巨大的潛力。

Phaechamud等人[30]將極性液體（如甘油或檸檬酸三乙酯）與親水性黃原膠共混，即形成親水性多孔結構天然橡膠膜。黃原膠的加入提高了橡膠膜的吸水性能，并對橡膠膜進行改性以獲得最佳的藥物釋放速率。研制的薄膜表面有致密的頂層，使得其黏附性、水蒸氣和氧氣滲透性較低，但對金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌具有良好的抗菌活性，并具有促進血管生成的活性。因此，它在醫用傷口敷料方面具有潛在的應用價值。

生物有機晶片作為高度多孔親水的單體劑型，含有準確已知數量的治療劑。在接觸傷口時，它們立即黏附在潮濕的傷口床上吸收滲出物，再水合后形成高度黏稠的凝膠并局部遞送治療劑。Gadad等人[31]制備含有水飛薊素黃原膠晶片并用25和40kGy的γ射線進行輻射滅菌。黃原膠晶片凍干前后的流變性能研究表明，增加γ射線劑量(40kGy)可以提高水飛薊素黃原膠基晶片的粘度系數和屈服應力。而且輻照后晶片中水飛薊素的殘留量為89%-90%。因此當水飛薊素和黃原膠被配制成凍干晶片時，成功地保留了其克服高葡萄糖誘導的內皮細胞遷移減少的能力。為血氧濃度較低和血糖濃度較高的糖尿病慢性傷口的愈合提供一種潛在的有效方法。同樣Labovitiadi等人[32]也成功制備了被γ射線照射(25和40kGy)的黃原膠基抗菌晶片，可作為自黏附局部給藥系統預防和治療傷口感染。

5 結論

目前用于傷口愈合的黃原膠基敷料常見的有水凝膠類，3D打印類，海綿類，薄膜類，晶片等類型。黃原膠經過不同研制方法可以制備出適應傷口的傷口敷料，顯示優良的生物相容性和加速傷口愈合的能力。但是各種類型的敷料都存在不足，水凝膠類傷口敷料中含有大量水分，對大滲出傷口不能及時吸收，不利于傷口快速愈合。3D打印類傷口敷料通常機械強度不夠，且受限于昂貴的材料及臨床安全性實驗證據。晶片類敷料因其再水合后與傷口部位黏附，可能會導致傷口的粘連，造成二次傷害。因此，上述幾種類型的黃原膠傷口敷料需要進一步優化，來滿足傷口愈合過程的要求。