方案摘要
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皮肤创伤不仅给患者带来身体上的痛苦，也给社会造成经济负担。因此，促进皮肤修复的有效方法仍然是一项挑战。具体来说，壳聚糖水凝胶是促进不同阶段伤口愈合的理想选择，同时还能减少阻碍这一过程的因素（如过度炎症和慢性伤口感染）。此外，壳聚糖水凝胶独特的生物特性使其既能用作伤口敷料，又能用作给药系统（DDS）。本研究合成了壳聚糖（CS）与[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化铵（CS-MTAC）的接枝共聚物，CS-MTAC是一种具有良好抗菌性能的阳离子单体。研究人员证实成功合成了这种共聚物，并对其溶胀能力和吸水能力以及生物相容性和抗菌特性进行了研究。为了提高其印刷适性，共聚物与弹性蛋白（EL）、胶原蛋白（COL）以及浓度越来越高的明胶（GEL）混合。因其具有 3D 打印的潜力，我们选择了含有 6% w/v CS、4% w/w EL、4% w/w COL和 1% w/v GEL的水凝胶，并用氨蒸汽或乙醇/氢氧化钠溶液对其进行中和，然后载入左氧氟沙星。载入左氧氟沙星的CS-MTAC/EL/COL/GEL生物墨水作为伤口愈合和药物输送应用的合适候选材料的可行性已得到证实。
皮肤损伤，如与慢性疾病、烧伤或手术后创伤有关的急性和慢性伤口，由于容易被细菌定植，在临床实践中具有重要意义[1]。健康的皮肤对于维持体内平衡、体温调节和保护人体免受感染、避免微生物生长和有害微生物侵入至关重要。由于伤口是影响数百万人生命的主要健康问题，因此需要制造新型皮肤敷料来控制和治疗伤口[2]。研究人员提出，局部使用抗生素减少伤口细菌数量可以使感染更容易处理[3]。三维打印（3DP）能够精确控制形状、尺寸和成分，创建复杂的可定制结构，因此已成为组织工程和药物输送应用领域中一种前景广阔的工具。
近年来，3D打印技术已应用于几种合成和天然聚合物，包括聚乙烯醇(PVA)[4]、聚己内酯(PCL)[5]、聚乳酸 (PLA)[6]、纳米纤维素[7]或壳聚糖(CS)[8]。其中，CS是唯一的阳离子天然多糖，来源于虾、蟹等甲壳类动物的外骨骼。其生物相容性、可生物降解性、促进细胞粘附和增殖的能力等特性使其成为组织工程应用的有吸引力的材料[9,10]。此外，壳聚糖已被证明具有抗菌活性，这也有助于预防几种感染[11,12]。CS具有两个官能团，一个羟基和一个氨基，这使得它可以与几个单体衍生以扩展其性质[13]。阳离子单体是开发抗菌药物的有希望的候选者[14]。在这些天然或合成结构中，主要带正电的部分是季铵基团，它们与细胞质膜（脂质或蛋白质）发生反应，导致膜解体和对细菌细胞的其他损害[15]。用阳离子单体修饰 CS可以改善CS水凝胶在组织工程中的溶解性和溶胀性。此外，CS可以与其他材料（如明胶、海藻酸盐、硫酸软骨素、果胶）混合使用，以增加粘度值，这是3D打印技术中的一个重要参数。
GEL 的序列中含有特定的氨基酸残基，如 Arg-Gly-Asp（RGD）[16]，也存在于细胞外基质的蛋白质中[17]，并参与多种生理功能。因此，人们研究了壳聚糖与 GEL 的结合在伤口愈合[18]或药物输送[19]等各种生物医学中的应用。此外，GEL 还具有促进细胞粘附和生长的能力。EL是一种细胞外蛋白质，可为血管、韧带、肺部和皮肤等组织提供弹性[20]。研究人员还探索了弹性蛋白在组织工程皮肤[21]、心脏瓣膜[22]和软骨构建物[23]中的应用。在 PCL 支架中引入弹性蛋白后，材料的亲水性更强，生物相容性更好[24]。同时，Grover 等人证明，添加不溶性和可溶性弹性蛋白可提高胶原多孔支架的拉伸强度[25]，而以弹性蛋白为基础的生物材料在作为水凝胶支架用于受损软骨再生方面表现出巨大潜力[25]。此外，研究还证实，在伤口愈合过程中，elasin 能诱导细胞迁移和增殖。同样，胶原蛋白作为人体细胞外基质（ECM）的生物相容性和可降解成分，也积极参与了伤口愈合过程.
因此，本研究的目的是制备一种阳离子单体MTAC接枝的壳聚糖衍生物，然后开发基于CS-MTAC的生物相容性3d打印墨水。为了优化其可印刷性，CS-MTAC 与 GEL、COL 和GEL、COL 和 EL 相结合，利用它们自身的特性促进伤口愈合。在对新的 CS 衍生物及其 3DP 结构进行研究后，对优化后的 3DP 贴片进行了药物负载。最近，CS 与 MTAC 的聚合形式相结合，制备出了具有自愈合特性的敷料[27]。Heydarifard 等人研究了阳离子单体（其中包括 MTAC）的反离子在不同条件下（50 °C，5 小时，pH = 7）与壳聚糖进行自由基聚合时的影响（使用另一种引发剂硝酸铈铵），以去除溶液中的染料[28]。据我们所知，CS- MTAC 共聚物在 3DP 领域的使用以及材料的具体成分还是首次进行研究。
2. 材料与方法
2.1. 材料
CS为中等分子量(310,000-375,000Da)，脱乙酰度> 75%，由Sigma Aldrich Co (St. Louis, MO, USA)提供，[2 -(甲基丙烯氧基)乙基]三甲基氯化铵(MTAC)由Alfa Aesar的150-200ppm 4-甲氧基苯酚稳定。取自牛皮肤的明胶(B型)购自Serva，取自牛跟腱的弹性蛋白和胶原蛋白I型由Sigma- Aldrich (St. Louis, MO, USA)提供。氢氧化钠(NaOH)购自Chem-Lab NV(比利时Zedelgem)，默克(德国KGaAn Darmstadt)，乙醇变性(EtOH)购自Plynareska(布拉迪斯拉发)，氨溶液(NH3)和。左氧氟沙星(levo)(纯度99.99%)由 Pharmathen SA捐赠。其他所用试剂均为分析级试剂。
2.2. CS-MTAC共聚物的合成
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文献贡献者
微调动态交联以增强透明质酸水凝胶的3D生物打印能力
一步法生物制备临床尺寸软骨组织的原位球形分区水凝胶
通过整合体外和计算机实验预测和阐明3D打印癌症细胞在水凝胶结构中的打印后行为-INKREDIBLE+
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