促创面愈合的载药复合功能性敷料的研究进展

龚雨薇， 张华林

（宁夏医科大学口腔医学院，银川 750004）

皮肤作为人体最大的器官，在保护人体器官和组织、防止感染、维持水和电解质平衡以及调节体温等方面起着至关重要的作用，同时还维持机体内环境的稳定[1]。而皮肤又相当脆弱，在日常生活中会不可避免地受到创伤。皮肤创伤不仅会给患者带来痛苦，影响患者健康，面部皮肤创伤还会影响患者心理和精神健康。创面愈合是一个极其复杂的、动态的过程，如何有效促进创面的愈合、预防感染，是创伤修复领域的一个重要课题。敷料作为创面修复过程中必不可少的覆盖物，应能有效预防细菌感染，促进细胞生长，维持局部伤口湿润，为创面提供一个具有适宜的温度和湿度的“创面小气候”[2]。随着医疗水平的提高和生物材料科学的发展，功能性敷料逐渐成为创面愈合的研究热点。功能性敷料中止血材料、抗菌药物、生长因子（growth factors，GFs）等的加入，使敷料不再局限于保护创面，还具有填充、止血、抗感染、促愈合等功能，而且可将两种以上材料结合在一起形成复合敷料，以满足创伤修复更全面的需求。因此，研制开发出性能更加优良的医用敷料，对创面进行及时、高效的处理，既有临床应用价值，也有一定的社会意义。现就功能性敷料的类型、负载药物以及研究与应用进展等方面作一综述，为构建新型载药的双层复合功能性敷料奠定理论基础。

1 皮肤创伤修复的机制

1.1 创面愈合的过程和机制

创伤的自我修复与组织再生是复杂的细胞过程，包括GFs、趋化因子、细胞因子以及其他信号分子之间的相互作用[3]。创面愈合的过程是连续而相互交叉的，大致可分为4 个时期——凝血期、炎症期、增殖期和重塑期[4]。凝血期：血管收缩使血流减少，伴随着血液凝固因子的激活与释放，血小板连接封闭破损的血管，从血管中渗出的血液形成血凝块，成为一道物理屏障，以有效抵御病原菌的入侵，并为进入的炎性细胞提供支架[4-5]。炎症期：中性粒细胞立即浸润到血凝块中，作为抵御细菌的第一道防线。在损伤后48～96 h，单核细胞浸润，并在创面转化为组织激活的巨噬细胞，而巨噬细胞能够清除创伤处残留的细菌、异物及坏死组织[4，6]。增殖期：主要有角质形成细胞、血管内皮细胞和成纤维细胞参与。创面处成纤维细胞增殖，分泌细胞外基质，引导胶原蛋白沉积，从而形成富含新生血管的肉芽组织。成纤维细胞生成因子（fibroblast growth factor，FGF）和血管内皮GFs 作为血管GFs 共同刺激血管内皮细胞增生。血管内皮细胞的迁移分化形成了微血管，为创面提供氧气和营养，促进了创面的代谢。创面边缘的角质细胞在损伤炎症刺激下，由边缘开始，在新形成的细胞外基质上迁移。当缺损创面被角质形成细胞覆盖，则迁移停止，随后开始角质化，恢复表皮屏障[5-7]。重塑期：成纤维细胞和血管内皮细胞凋亡并逐渐减少。胶原沉积总量不再增加。多余的细胞外基质逐渐分解。肉芽组织内血管和水分减少，被重塑为富含胶原蛋白的瘢痕组织[7-8]。综上所述，创面愈合是非常复杂的动态过程，这就要求在修复创伤时，使用的敷料应能够尽可能地主动促进组织再生，并具备抗菌性能，以有效预防炎症期发生感染。

1.2 “湿性愈合”理论

1962 年，Winter 博士在Nature 杂志首次公开提出“湿性愈合环境理论”，通过其研究证实：通透性高、能保持湿润的敷料可加速伤口愈合过程[9]。营造有利于伤口愈合的微环境，如低氧、适度湿润、温度和pH 值接近健康人体皮肤等，并可通过活性成分促进伤口坏死组织进一步软化、溶解和清除[10]。局部低氧环境能上调细胞因子的合成，并刺激其产生更多的细胞外基质，促进毛细血管的生成，同时增进成纤维细胞的生长潜力，避免衰老[11]。在湿润环境中，各种酶及酶的活化因子可被渗液激活，从而加速创面中纤维蛋白和坏死组织的溶解[12]，有效预防结痂及瘢痕的发生，为创面愈合提供最适宜的微环境[13]。

在湿性愈合环境理论指导下，各种敷料和伤口处理方法得到了改良，通过运用各种湿性敷料保持创面适当的湿润环境，可避免粘连创面，减少更换敷料的频次，减轻创面的疼痛，促进创面愈合。

2 促创面愈合的功能性敷料

2.1 功能性敷料的概念

医用敷料通常被定义为包扎伤口的用品，是用以覆盖疮、伤口或其他损伤的医用材料。传统敷料如纱布、棉垫等容易导致滋生细菌、粘连伤口，更换时会带来二次创伤，且功能单一，在愈合过程中只有一个被动的和保护性的作用，不能响应伤口的变化过程，也不能持续递送药物以增强愈合能力[14]。自湿性愈合环境理论提出以来，为改进传统敷料的不足，功能性敷料这一概念应运而生。功能性敷料作为暂时性皮肤替代物，不仅具有保护创面、止血、防止感染、促进创面愈合等作用，还可维持局部湿润环境，释放药物，而且兼具抗炎杀菌、促进细胞增生和引导皮肤重建等功能[15]。

2.2 功能性敷料促创面愈合的机制

利用其密闭和保湿的原理，使创面免受外部环境的影响，创造创面低氧环境，促进毛细血管生成；可以激活并释放组织内源性胶原酶，发挥酶学清创作用，有助于清除毒素和坏死组织；能刺激多种GFs 释放并上调其活性，强化GFs 与靶细胞的相互作用；功能性敷料所创造的局部湿润的微环境能减少新生上皮组织和敷料粘连，防止神经末梢外露和坏死，减轻患者痛苦；湿润的微酸环境还可以抑制细菌生长，并且能促进白细胞介导的宿主吞噬细胞发挥作用，从而提高局部杀菌效果[2，16]。

2.3 理想功能性敷料的要求

理想的功能性敷料需要具备以下条件[10，15，17-19]：1）能创造湿润的愈合环境，并能促进GFs 释放以及成纤维细胞、血管内皮细胞、角质细胞等细胞生长；2）具有保湿、吸湿性能，可吸收伤口过多的渗液，有利于引流；良好的透气性，具有隔热、气体互换的能力；3）生物相容性好，对人体无毒、无刺激性，不引起过敏或免疫反应；4）合适的机械性能，具有适宜的强度、厚度、张力、弹性和韧性，便于操作和固定；5）抗菌、抑菌性能好，可有效预防创面感染及保护创面不受继发感染；6）易更换，减少换药时的二次损伤，减轻患者疼痛；7）具有止血作用，能加速伤口血液凝固；8）成本适中，使用方便，容易储存和灭菌，货架期长。

3 功能性敷料的分类

目前应用于创伤修复的功能性敷料，根据其结构和成分的不同，可以分为单一型敷料和复合型敷料，单一型敷料又包括天然敷料和合成敷料，复合型敷料则由两种或两种以上材料复合而成[5]。

3.1 单一型敷料

3.1.1 天然敷料 天然敷料包括传统材料（纱布、棉麻等）和新型材料（胶原、壳聚糖、海藻酸盐及其改良的产品等）。传统敷料虽然有渗出液吸收能力强、制作简单、成本低廉等优点，但其吸收能力太强可能导致伤口过于干燥，从而影响细胞存活和组织再生，容易滋生细菌，粘连伤口，更换时易造成二次创伤等，因此不利于创面的愈合[5，19]。

基于胶原蛋白的伤口敷料长期以来一直用于覆盖烧伤创面和治疗溃疡，常被制备成薄膜、海绵、水凝胶等形态应用于临床，具有独特的实用和经济优势[20]。胶原敷料主要有良好的生物相容性、生物降解性和较低的免疫原性，且具有止血、促进血液凝固的作用，能促进组织修复。然而，其机械性能弱、稳定性差，对细菌屏障功能差，且不能完全吸收渗出物[19]。为弥补胶原敷料的不足，常需对其进行改性，又由于胶原能适度交联，常将其与其他材料复合，制作成复合敷料以改善其机械性能。

壳聚糖是从甲壳类动物和真菌的壳中提取甲壳素，经脱乙酰化得到的生物聚合物。壳聚糖具有生物医学应用所需的基本固有特性，如生物相容性、生物降解性、抗菌性、无毒性、止血性、抗氧化性等，使其在天然聚合物中广受关注[21]。此外，壳聚糖还具有刺激肉芽组织形成，诱导细胞增殖，促进组织修复和加速创面愈合的作用，在敷料中能充分发挥优势。壳聚糖是良好的药物载体，将其作为主要基质，并同时负载或交联其他药物或材料以增强自身生理活性[22]。例如，Mohandas 等[23]构建了壳聚糖-透明质酸/血管内皮GFs 负载的纤维蛋白纳米粒子复合海绵，结果表明，在该材料上培养的内皮细胞增殖良好，呈毛细血管样，证实了该材料在创面愈合中具有诱导血管生成的潜力。

海藻酸盐是从褐藻中分离出来的一种天然多糖共聚物，具有良好的生物相容性和可降解性，在自然界中是可再生资源，用于伤口表面是安全、无毒的。此外，海藻酸盐是一种水溶性聚合物，具有很强的保水能力[24]，可以吸收大量的创面渗出物，并能有效保留创面渗液，创造局部湿润的伤口愈合环境，加快表皮细胞迁移速度，促进GFs 的释放，刺激细胞增殖，增强白细胞功能，以促进最佳愈合[25]。因此，近年来，海藻酸盐作为一种新型材料在医用敷料领域有着广泛的应用。海藻酸盐敷料常被制备成具有多孔结构的海绵形态，还可负载药物，作为缓释材料，用于不同创面的处理。例如，Dai 等[26]制备了负载姜黄素的壳聚糖-海藻酸钠可生物降解海绵，结果表明，该海绵可能是良好的缓释药物载体，且姜黄素的加入对于伤口愈合具有一定的促进作用。

3.1.2 合成敷料 合成敷料以高分子材料为主要原料，可根据敷料所需的物理和化学性质进行设计和制备，获得可生物降解、力学性能优良、生物相容性好和加工性能优良的敷料材料[27]。该类敷料常用聚氨酯、聚乙烯醇、聚己内酯、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物［poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA］等材料制成，主要以薄膜、泡沫、水凝胶等形式作为医用敷料。此类敷料的最大特点是抗张强度大，可为创面在吸收期创造微湿、微酸和低氧环境，使伤口更易愈合[28]。

在这些材料中，PLGA 材料由乳酸和羟基乙酸聚合而成，具有良好的生物相容性、力学性能和降解性能，并且其降解速率可以通过调节单体比例来控制[29]。PLGA 已获得美国食品药品管理局批准用于生物医学领域，如药物负载、组织工程等，也常用于制备创面敷料。但由于其表面亲水性差、细胞亲和力弱，常需通过改性或共混提高其亲水性或细胞黏附性[30]。Peng 等[31]通过静电纺丝法制备了负载青蒿素的PLGA 共混膜，丝素蛋白的加入增强了细胞的黏附性和增殖性，而PLGA 也弥补了丝素蛋白力学性能的不足，PLGA和丝素蛋白被用作伤口敷料的基质，有助于青蒿素的分散而显示出有效的抗炎特性。实验结果表明，该膜能够缩短创面模型的炎症周期，促进皮肤再生，可以作为慢性伤口愈合的敷料。Zhang[32]成功制备了PLGA/多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes，MWNTs）复合膜，MWNTs 有着超强的力学性能，同时具备高强度、高弹性和高刚度，可以极大改善复合膜的强度和刚性，且具有良好的生物相容性和优异的生物医学性能。其实验结果表明，该复合膜表现出了良好的亲水性和机械性能。此外，碳纳米管的表面具有很强的载带药物能力，且有优越的跨膜性，能轻松进入细胞内部[33]。魏延传[34]的研究表明，静电纺丝制备的MWNTs/PLGA 纳米纤维膜还具备药物缓释的效果。因此，有望构建以PLGA/MWNTs 复合膜为支架，同时负载生物活性物质（如GFs 等）或药物，从而构建有利于伤口愈合的敷料材料。

3.2 复合型敷料

近年来，创面敷料逐渐向多功能集成方向发展，形成了复合型敷料。复合型敷料通常是将天然高分子材料与合成高分子材料经各种技术方法复合而成，一般具有双层结构，它弥补了单一型敷料的不足，功能更加全面。天然材料制成的敷料大部分吸收性好，具有良好的生物相容性及生物学活性，但是机械性能较差。合成高分子材料隔绝性能好、机械强度好，但是吸收性能较差[35]。通过材料的复合，使各材料能取长补短，最大化发挥各自优势。在复合敷料中，双层材料相辅相成，外层材料多选用聚氨酯、聚乙烯醇等薄膜，其表面空隙较小，可防止体液流失和外界细菌侵入，起到屏障保护的作用。内层材料主要为生物高分子材料，如胶原、壳聚糖等经化学修饰的天然生物高分子材料，可促进细胞的黏附生长，有利于创面修复[19]。

4 载药功能性敷料及载药形式

功能性敷料通常会将药物（如GFs 或抗菌剂）负载到基质材料中，不仅能让基质材料提供适宜愈合的环境，还能使药物在创面处持续释放，有利于控制感染和促进愈合。

4.1 功能性敷料的负载药物

4.1.1 GFs GFs 是内源性信号分子，调节伤口愈合过程（如迁移、增殖和分化）所需的细胞反应[36]。现已证实，GFs 缺乏是导致慢性创伤发展的关键因素之一，因此外源性GFs 有可能用于伤口治疗，以加速创面愈合[37]。目前已知参与伤口愈合过程的主要GFs 包括血小板源性GFs、表皮GFs、FGF、血管内皮GFs 等。其中，FGF 在创伤修复中扮演着重要角色，FGF-1、FGF-2、FGF-7、FGF-10 和FGF-22 都在皮肤损伤时表达。FGF-1指酸性FGF，FGF-2 指碱性FGF，由炎性细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞和角质形成细胞产生，有助于再上皮化、血管生成和肉芽组织形成。2005 年，重组人成纤维细胞生成因子1（recombinant human fibroblast growth factor 1，rh-FGF1）由中国科学家开发，并被原中国食品药品监督管理局批准上市，成为世界上第一个上市的FGF-1 药物[38]。FGF-1 具有促分裂原作用，可促进多种不同类的细胞增殖，在发育和形态发生的各个阶段以及血管生成和伤口愈合过程中都起到作用。FGF－1 作为创伤愈合的组织修复因子，可用于皮肤损伤、烧烫伤、溃疡、褥疮等各种创伤创面的治疗[39]。然而，施用于伤口部位的外源性GFs 具有低生物活性和可用性，容易被蛋白酶水解，在周围组织中渗透相当缓慢，常需反复给药，而局部GFs 浓度过高可能会带来严重不良反应[40]。伤口敷料可以作为GFs 的理想递送平台，在伤口附近进行控制递送，避免或减少副反应和非靶点的暴露[37]。因此，常将GFs 整合至以天然或合成高分子材料为基质的伤口敷料中，以其作为药物释放载体。He 等[41]将GFs1 负载至丝素蛋白水凝胶，结果表明，丝素蛋白水凝胶产生的FGF-1 浓度逐渐增加，且持续时间较长，适合用于药物递送，且该水凝胶在改善伤口整体愈合方面具有优势，显著缩短了创面实现完全闭合所需的时间。

4.1.2 抗菌药物 伤口感染的常见病原菌主要为金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌[42]。为了减少伤口感染的风险，同时避免全身用药带来的不良反应，常需使伤口敷料上负载抗菌药物，用以控制药物释放，维持创面局部有效浓度。近年来，治疗伤口常用的抗菌药物有抗菌肽、含银化合物、中药等。此外，抗生素也是敷料常选用的负载药物，一般以氨基糖苷类、喹诺酮类、氯霉素等广谱抗生素为主[43]。例如，程凤[44]将盐酸环丙沙星和盐酸莫西沙星引入壳聚糖/聚氧化乙烯纳米纤维中，利用抗菌药物和壳聚糖的协同抗菌作用，提高材料的抗菌性能。Echague 等[45]在一种伤口敷料TheraGauze 中测试了16 种抗菌剂，评估其对多种常见伤口感染细菌的局部抗菌活性。研究结果显示，妥布霉素、葡萄糖酸氯己定和载银的TheraGauze 敷料在体外似乎具有最佳的抗菌性能，在体内可能具有极好的安全性。妥布霉素是一种氨基糖苷类抗生素，能用于治疗多种细菌感染，尤其是革兰阴性菌（如铜绿假单胞菌、大肠埃希菌及肺炎杆菌等）引起的感染。过去由于氨基糖苷类药物的肾毒性和耳毒性，使其在临床上的应用受到限制。但作为一类耐药率低、敏感性高的传统抗菌药物，氨基糖苷类药物近年来重新获得了关注[46]。Ogier 等[47]研究发现，两周内每日静脉注射妥布霉素或阿米卡星，并未诱发小鼠明显的高频听力损失，小鼠耐受性良好。梁丽媚[48]制备的海藻酸钠抗菌敷料中，通过固相改性的方法原位接枝妥布霉素，制备出了海藻酸钠-妥布霉素缀合物，赋予海藻酸钠抗菌活性的同时，避免妥布霉素发生不良反应。

4.2 功能性敷料的载药形式

功能性敷料的负载药物可以通过多种成型方法加入敷料中，常见的载药形式可以概括为浸渍涂层法、分散嵌入法、复合包裹法等。浸渍涂层法是敷料最简单的载药方法，且可以应用于现有敷料成型后的载药处理。分散嵌入法通常是将药物溶液与载体材料的溶液混合，再通过溶液浇铸、静电纺丝、冷冻干燥等方法制备而得。而乳液静电纺丝和同轴静电纺丝法可以制备出具有核－壳结构的载药纳米纤维，负载药物可以被包裹进纳米颗粒中，此即复合包裹法，有利于降低药物的早期突释率，使药物更平稳地释放[49]。静电纺丝是一种生产连续纤维的方法，近年来，它已被广泛用于制备各种由纳米/微米纤维组成的组织工程聚合物支架。目前许多聚合物材料，如聚乳酸、聚己内酯、PLGA 等已成功电纺成纳米纤维支架[50]，再将其与天然高分子材料（如胶原、壳聚糖、海藻酸盐等）结合可制备生物降解型药物缓释材料[51]。例如，Li 等[52]通过静电纺丝法将莫匹罗星和盐酸利多卡因均匀地分别掺入聚己内酯和壳聚糖中，制备出一种多功能双层纳米纤维支架，作为伤口敷料的潜在材料。其体外释药的结果显示，莫匹罗星在前6 h 内释放总含量的57%，随着持续释放，在接下来的114 h 内，又有30%从该敷料中释放出来，表明其具有药物缓释性。

近年来，以微球为包裹药物的载体来控制药物释放的速度的一种新型给药方式受到了广泛关注。海藻酸钙微球（alginate microspheres，AMs）作为载体之一是目前研究的热点。AMs 可作为一种瞬态掩膜来保护不稳定的包被药物，其控释和靶向药物递送可以通过复合物的精心设计以及制造过程中工艺参数的调整来实现。并且药物释放后，海藻酸盐被降解为水溶性低聚物，由于其具有可生物降解性，海藻酸盐被代谢并从体内排出[53]。贺少鹏[54]制备了负载盐酸阿霉素的AMs，其实验证明，以AMs 为载体，最高可以得到83.2%的释放率，在初期突释后大约4 h 即进入缓释阶段。且在保证微球功能的前提下，微球直径越小功效越好。因此，有望将载药的AMs 加入敷料中，使功能性敷料达到更好的控释和缓释效果。

5 载药复合功能性敷料的研究与应用

近年来，对医用敷料的研究越来越多元化，功能也越来越全面，各种双层甚至多层的载药复合功能性敷料层出不穷，开发出兼具功能性、抗菌性、安全性的敷料是未来的发展方向。Priya 等[55]设计了一种双层复合敷料，外层以聚乙烯吡咯烷酮碘为抗菌层，内层以明胶为促皮肤再生层，实验结果表明，其抗菌性能、释药性能良好，还能促进细胞的黏附和增殖，有效促进创面愈合。Kimna 等[56]制备了载庆大霉素的玉米醇溶蛋白双层抗菌膜，膜层模拟表皮，以覆盖创面，提供机械支持，纤维层模拟真皮层纤维结构，保证了细胞增殖的高表面积，并通过该双层材料结构实现了庆大霉素的早期缓释。Tavakoli 等[57]制备了载盐酸四环素的聚乙烯醇-聚丙烯酸双层水凝胶复合材料，其研究结果显示，聚丙烯酸的添加改善了溶胀、黏附和生物相容性，而聚乙烯醇的机械性能大致保持不变。此外，该水凝胶对pH 值变化表现出一定程度的敏感性，随着pH 值的增加，盐酸四环素的释放量也增加。钟红荣等[58]以丝素蛋白/葡萄糖海绵为底层吸收层，聚氨酯膜为表层保护层，将二者通过医用热熔胶粘连制备成了一种功能性的双层敷料。聚氨酯薄膜既有阻菌性能，又能避免单一的海绵材料水分挥发过快。底层的多孔海绵结构能够增强敷料的吸水、保水性能，并有利于细胞增殖、黏附，从而促进创面愈合。邱玉宇[10]构建了一种多层复合创伤敷料，以细菌纤维素/涤纶非织造布复合膜为多层创伤敷料的骨架层，并作为静电纺丝的接收板，以玉米醇溶蛋白/乙基纤维素/王不留行黄酮为底面促愈层，以玉米醇溶蛋白/乙基纤维素/光敏剂为表面保护层。其研究结果表明，该敷料能创造湿性愈合微环境，同时伴随药物的稳定持续释放，可能通过激活PI3K/Akt 信号通路，促进伤口愈合。孙玮[59]以盐酸环丙沙星的壳聚糖/聚乙烯醇纤维膜为抗菌层，海藻酸钠/羧甲基纤维素钠气凝胶为吸湿层及无纺布胶布为支撑层，制备多层载药复合敷料。其研究结果显示，该敷料吸湿、保湿及抗菌性能良好。

目前创面敷料的发展相当迅速，各种新型复合材料接连问世，功能也不断完善，呈现出一种由单层向双层甚至多层的多功能化发展趋势。随着医学事业的发展、生物材料科学的进步以及对创伤修复机制和促创面愈合因素的研究越来越深入，负载药物、多种材料、敷料形式、复合结构等诸多因素被纳入研究范围，力求研发出功能更加全面的敷料。