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   腹部損傷后的細(xì)菌感染和過(guò)度炎癥可引起危及生命的并發(fā)癥，導(dǎo)致多器官衰竭和死亡。目前通過(guò)手術(shù)、液體復(fù)蘇和感染控制來(lái)治療腹部創(chuàng)傷的策略不足以應(yīng)對(duì)嚴(yán)重病例。迫切需要新的方法來(lái)迅速減輕炎癥和感染，以預(yù)防嚴(yán)重腹部創(chuàng)傷后的并發(fā)癥。

圖1：水凝膠的合成和作為傷口敷料應(yīng)用于治療腹部創(chuàng)傷的示意圖

   (A)用凝膠形成的氧化硫酸軟骨素、陽(yáng)離子聚乙烯亞胺和氨基糖苷類抗生素制備水凝膠。(B)作為治療腹部創(chuàng)傷的傷口敷料，陽(yáng)離子水凝膠清除陰離子促炎分子，如無(wú)細(xì)胞DNA(cfDNA)，以及陰離子細(xì)菌，通過(guò)促進(jìn)巨噬細(xì)胞從促炎癥表型(M1)轉(zhuǎn)化為組織修復(fù)表型(M2)，預(yù)防感染和減輕炎癥。

圖2：陽(yáng)離子水凝膠的表征

    (A-C)水凝膠的激光掃描共聚焦顯微鏡(CLSM)圖像。(D-F)掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。Tob/OCS(A和D)、PEI/OCS(B和E)和Tob/PEI/OCS(C和F)，Tob/PEI/OCS凝膠由于其更大的氨基豐度和交聯(lián)密度而擁有最密集、最緊密的網(wǎng)絡(luò)。(G)水凝膠的儲(chǔ)能模量和損耗模量。(H)剪切速率為1-100 rad s^-1時(shí)水凝膠的黏度變化。隨著剪切速率增加，水凝膠黏度急劇下降。(I)Tob/OCS和Tob/PEI/OCS水凝膠在pH值為5.0或者7.4時(shí)的Tob釋放曲線。 Tob/PEI/OCS水凝膠由于席夫堿的斷裂和靜電相互作用，表現(xiàn)出pH依賴性降解和釋放行為。(J)通過(guò)使三個(gè)水凝膠塊接觸來(lái)測(cè)試水凝膠的自愈能力；這些區(qū)塊形成了一個(gè)單一的水凝膠，在拉伸時(shí)保持完整。

圖3：陽(yáng)離子水凝膠清除促炎分子和細(xì)菌

   (A–D)培養(yǎng)12小時(shí)后，(A)TNF-α，(B)CpG，(C)LPS和(D)HMGB1的水凝膠結(jié)合效率。在這三種水凝膠中，Tob/PEI/OCS凝膠對(duì)TNF-α、CpG、LPS和HMGB1結(jié)合效率最高。(E–F)在37°C下培養(yǎng)2小時(shí)后水凝膠的表面抗菌活性。陽(yáng)離子水凝膠殺死所有細(xì)菌。(G)大腸桿菌和(H)金黃色葡萄球菌在與水凝膠孵育24小時(shí)期間的生長(zhǎng)曲線。與缺乏抗生素的PEI/OCS凝膠相比，Tob/OCS和Tob/PEI/OCS凝膠對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性更強(qiáng)。(I)96小時(shí)水凝膠對(duì)細(xì)菌的抑制熱圖。(J–L)在不存在或存在水凝膠的情況下，CpG激活HEK-Blue TLR9報(bào)告細(xì)胞，LPS激活HEK-Blue TLR4報(bào)告細(xì)胞，以及CpG激活Raw 264.7巨噬細(xì)胞。所有水凝膠都減少了CpG誘導(dǎo)的TLR9激活，水凝膠還阻斷了LPS誘導(dǎo)的TLR4激活，并減少了CpG和LPS刺激的RAW 264.7細(xì)胞產(chǎn)生的TNF-α分泌。

圖4：Tob/PEI/OCS水凝膠通過(guò)清除血液循環(huán)中的促炎因子，保護(hù)小鼠免受嚴(yán)重腹部創(chuàng)傷后的并發(fā)癥和死亡

   (A)盲腸結(jié)扎和穿刺(CLP)導(dǎo)致的嚴(yán)重腹部創(chuàng)傷示意圖。(B)CLP后監(jiān)測(cè)小鼠存活168小時(shí)(7天)(每組13只小鼠)。經(jīng)Tob/OCS凝膠治療的小鼠中有7只存活，經(jīng)PEI/OCS凝膠治療的小鼠中有8只存活，而經(jīng)Tob/PEI/OCS凝膠治療的13只小鼠均存活。(C)CLP后168小時(shí)(7天)小鼠的臨床評(píng)分。Tob/PEI/OCS凝膠治療組的得分最低。(D-F)CLP后24小時(shí)測(cè)定血清TNF-α(D)、IL-6(E)和cfDNA(F)水平(每組6只小鼠)。Tob/PEI/OCS凝膠治療組小鼠的血清TNF-α和IL-6水平低于其他治療組。

圖5：Tob/PEI/OCS水凝膠可預(yù)防CLP所致腹部創(chuàng)傷后的多器官衰竭

(A)CLP后24小時(shí)，取心、肝、脾、肺、腎和結(jié)腸，用HE染色。箭頭表示器官損傷。(B-D)根據(jù)既定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估相應(yīng)的肝臟(B)、腎臟(C)和心臟(D)損傷分?jǐn)?shù)。水凝膠治療顯著改善了心臟、肝臟、脾臟、肺、腎臟和結(jié)腸的損傷，包括防止壞死、組織破壞和白細(xì)胞浸潤(rùn)。(E-G)分析血清生化指標(biāo)ALT(E)、CRE(F)、CK(G)。水凝膠逆轉(zhuǎn)了CLP誘發(fā)的小鼠血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、肌酐(CRE)、肌酸激酶(CK)水平的升高。

圖6：嚴(yán)重腹部創(chuàng)傷后，Tob/PEI/OCS水凝膠將腹腔巨噬細(xì)胞從M1極化為M2

  (A-C)CLP后24小時(shí)腹腔灌洗液中(A)cfDNA、(B)TNF-α和(C)IL-6的腹膜水平。(D-E)在CLP后24小時(shí)收集腹腔巨噬細(xì)胞，并通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)評(píng)估腹腔液中(D)M1和(E)M2巨噬細(xì)胞的百分比。(F-H)RT-PCR分析(F)TNF-α、(G)iNOS和(H)Arg-1的基因表達(dá)。未經(jīng)治療的CLP誘導(dǎo)的腹部創(chuàng)傷與腹腔巨噬細(xì)胞中M1極化標(biāo)記物TNF-α和iNOS的增加以及M2極化標(biāo)記物Arg-1的減少有關(guān)。相比之下，Tob/PEI/OCS凝膠治療顯著逆轉(zhuǎn)了模型組的mRNA表達(dá)趨勢(shì)。表明Tob/PEI/OCS水凝膠通過(guò)調(diào)節(jié)腹腔巨噬細(xì)胞具有抗炎活性。

圖7：水凝膠在CLP誘導(dǎo)的腹部創(chuàng)傷后表現(xiàn)出抗菌活性

   (A)菌落圖像。(B–C)CLP后24小時(shí)，不同治療組小鼠血清和腹腔(PC)中的細(xì)菌CFU。CLP激發(fā)的小鼠在感染部位(腹腔)和全身(血液中)的細(xì)菌數(shù)量均增加。用Tob/OCS和Tob/PEI/OCS凝膠處理去除或殺死了大多數(shù)細(xì)菌，證明了含Tob的OCS水凝膠在體內(nèi)的抗菌效果。

【總結(jié)】

   文章通過(guò)希夫堿反應(yīng)合成了由PEI、Tob和 OCS組成的陽(yáng)離子水凝膠。這種陽(yáng)離子水凝膠清除陰離子促炎分子(DAMP和PAMP)和細(xì)菌，并提供抗生素，并在盲腸結(jié)扎和穿刺嚴(yán)重腹部創(chuàng)傷小鼠模型中防止多器官損傷和死亡。單次水凝膠給藥可獲得100%的存活率，并且具有良好的生物降解性和生物安全性。