多功能铜基金属有机框架/壳聚糖衍生物/外泌体复合海绵促进皮肤愈合的研究

《iScience》：Multifunctional copper-based metal-organic frameworks/chitosan derivative/exosome composite sponge for skin healing

本研究针对传统敷料在皮肤伤口愈合中面临的感染控制不足、炎症调节不佳和血管生成不足等临床挑战，开发了一种新型CuMOFs/CTMG/Exos复合海绵。该研究通过整合铜基金属有机框架(CuMOFs)、三羟甲基氨基甲烷修饰的壳聚糖衍生物(CTMG)和人脐带间充质干细胞外泌体(hUMSC-Exos)，构建了具有三维多孔结构的复合海绵材料。研究证实该材料能够协同控释Cu2+和hUMSC-Exos，具有广谱抗菌活性、强大抗氧化能力和促进血管生成作用。在大鼠全层皮肤缺损模型中，该海绵能显著抑制炎性细胞浸润、降低促炎因子表达、促进血管生成和胶原沉积，为皮肤伤口愈合提供了有效的治疗策略。

　　

皮肤作为人体抵御外界创伤的第一道屏障，当其完整性因开放性伤口受损时，会引发一系列严重并发症。研究表明，约10%-20%的开放性伤口会发生不同程度的感染，严重情况下甚至可能发展为败血症等全身性疾病，对患者安全构成严重威胁。目前，开放性伤口的临床管理仍面临显著挑战，传统疗法如简单清创和抗生素使用往往无法有效解决伤口愈合过程中的复杂问题。

针对这一临床需求，研究人员在《iScience》杂志上发表了一项创新性研究，开发了一种多功能铜基金属有机框架/壳聚糖衍生物/外泌体复合海绵(CuMOFs/CTMG/Exos)，为皮肤伤口愈合提供了全新的解决方案。该研究通过巧妙整合三种功能材料，实现了协同治疗效应。

研究采用的关键技术方法包括：通过温和溶剂热法合成CuMOFs纳米材料；利用酰胺化反应制备CTMG衍生物；采用超速离心法从人脐带间充质干细胞(hUMSCs)中分离外泌体；通过冷冻干燥技术构建三维多孔复合海绵结构；并利用大鼠全层皮肤缺损模型进行体内功能验证。

材料制备与表征

研究人员首先通过铜离子与苯-1,3,5-三羧酸(BTC)配体的强协同作用合成了CuMOFs纳米粒子。表征结果显示，合成的CuMOFs纳米片具有200-450 nm的粒径分布和678.324 m²/g的比表面积。CTMG是通过TMG的羧基与CS的氨基通过EDC/NHS化学反应进行酰胺化反应制备而成。复合海绵表现出典型的三维多孔结构，孔径分布为45-170 μm，显著小于壳聚糖海绵的约225 μm孔径。

功能性能研究

抗菌实验表明，CuMOFs/CTMG复合海绵对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率均达到99.99%。DPPH自由基清除实验显示，CuMOFs/CTMG-7和CuMOFs/CTMG-9的自由基清除率分别为43.27±1.20%和37.59±1.94%。溶血率测试显示所有浓度的复合海绵溶血率均低于5%，表明其具有良好的血液相容性。

体内外生物学评价

在大鼠全层皮肤缺损模型中，CuMOFs/CTMG/Exos治疗组在第14天时上皮再生率达到90.18±1.46%，肉芽组织厚度达到300.99±1.93 μm，胶原沉积率为83.90±4.81%，均显著优于对照组。免疫组化分析显示，该复合海绵能有效抑制IL-6和TNF-α等促炎因子的表达，同时促进CD31阳性血管的形成。

机制探讨

从作用机制来看，CuMOFs/CTMG/Exos复合海绵的伤口愈合功效源于各组分的协同效应。CuMOFs释放的Cu²⁺通过破坏细菌代谢过程发挥抗菌作用；CTMG的氨基携带正电荷与细菌表面带负电的蛋白质相互作用；hUMSC-Exos则通过传递抗菌肽直接破坏细菌细胞壁。三者的协同作用实现了广谱抗菌效果，同时避免了抗生素耐药性问题。

研究意义与展望

该研究开发的CuMOFs/CTMG/Exos复合海绵通过整合抗菌、抗氧化、促血管生成和抗炎功能，有效解决了皮肤伤口愈合中的关键难题。其材料设计平衡了活性成分的控释、优异的生物相容性和机械性能，体外和体内实验均证实了其卓越的伤口愈合功效，为临床皮肤伤口治疗提供了高效的敷料选择，具有广阔的转化应用前景。

研究的局限性在于未深入探讨hUMSC-Exos中特定miRNA和生长因子的独立生物学效应，且动物实验仅使用了雄性SD大鼠。未来研究需要纳入雌性大鼠或采用混合性别模型，为复合海绵在不同患者群体中的临床应用提供更全面的证据。