双波长响应型GMMC-聚合物点-银水凝胶：用于感染性肝脏缺损与皮肤创面的时空可控光热-氢气协同治疗

Zhang Z, Huang Z, Zhang C, Qin W, Zhong C, Yin S, Chen Q, Deng X. Dual-wavelength-responsive GMMC-Pdots-Ag hydrogel for spatiotemporally controlled photothermal and hydrogen therapy of infected liver and skin defects. Colloids Surf B Biointerfaces. 2026 Jul 20;268(Pt 1):115996.

研究亮点

研究亮点

1. 构建双波长响应水凝胶体系，同步实现抗感染、抗炎与组织修复再生三重功效；

2. 阐明氢气调控巨噬细胞由促炎M1表型发生极化转换的内在分子机制；

3. 依托协同治疗策略，对感染创面愈合过程实现精准、分阶段、时空可控的干预调控。

摘要

本研究制备了一种新型双波长响应型GMMC-聚合物点-银复合水凝胶，用于治疗多种细菌混合感染引发的皮肤缺损与肝脏组织损伤。

该水凝胶以甲基丙烯酰化明胶（GelMA）、O-羧甲基壳聚糖（O-CMC）、四臂聚乙二醇苯甲醛（4臂-PEG-DF）构筑动态双网络骨架，内部共负载两类功能组分：掺八乙基卟啉铂的T2-DPPT@氨基聚合物点（Pdots）、L-组氨酸稳定型银纳米颗粒（组氨酸修饰银纳米粒）。

第一阶段（炎症急性期）：808 nm近红外光调控抗菌杀菌

施加808 nm近红外光照射时，聚合物点可产生局部光热效应；结合创面弱碱性微环境与光热升温作用，可触发银离子可控释放。双重响应机制可在炎症急性期快速杀灭致病菌、清除生物膜。

第二阶段（组织修复期）：380 nm近紫外光介导氢气抗炎修复

切换为380 nm近紫外光照射后，聚合物点被激活，催化持续生成氢气（H₂）。氢气可选择性清除毒性活性氧（羟基自由基、超氧阴离子等），并通过调控NOD依赖的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）与激活蛋白-1（AP-1）信号通路，抑制巨噬细胞向促炎M1型极化，进而发挥强效抗氧化、抗炎作用。

同时，氢气生成过程伴随氧化副产物，会进一步促进银离子释放，形成自我正向循环的治疗体系。

皮肤感染、肝脏感染动物体内实验结果证实：该水凝胶可加速创面愈合、减轻炎症浸润、促进血管新生、提升组织再生效率；生物相容性与体内安全性评价也验证了其生物医药应用潜力。

本体系融合光热治疗、氢气疗法、银离子抗菌三大功能，实现“单一材料、三重功效”，可依据病程开展精准分阶段、微环境响应式干预。该水凝胶有望成为智能创面管理新材料，具备良好临床转化前景。

引言

感染诱发的皮肤与肝脏组织缺损临床诊疗难度极大，常伴随多重耐药菌感染、生物膜定植、持续性氧化应激紊乱，以及血管新生、皮肤重建、组织重塑等再生进程受阻等多重问题[1]。细菌感染与机体氧化还原失衡，是创面久拖不愈的两大核心诱因[2,3]。

现有创面敷料虽具备一定作用，但仍存在明显局限：绝大多数敷料仅能单一实现抗菌或者抗炎效果，难以二者兼顾[4]；并且无法适配创面微环境的动态演变规律——创面初期以感染、炎症反应为主，后期逐步转入组织修复阶段。由此极易造成感染迁延不愈、慢性炎症持续存在、愈合周期延长、复发风险升高等问题。因此，临床亟需一类可响应微环境变化、分阶段精准干预的智能多功能生物医用材料。

近年来，光热治疗（PTT）、抗菌肽、银/铜/锌等金属离子及其氧化物等非抗生素新型抗菌手段得到快速发展[5]。其中光热治疗可将光能转化为局部热能，通过致使细菌蛋白变性、破坏细胞膜完整性、干扰DNA复制与转录，实现杀菌并清除深层生物膜[6]。但热量扩散会造成病灶内部温差过大，杀菌效果不均匀[7]。现有部分研究引入条件响应型分子开关，实现治疗药物或医用气体的原位可控释放，以此构建级联式治疗体系[8]。

氢气（H₂）作为小分子气态物质，极易穿透各类生物屏障，兼具抗氧化、免疫调节、应激调控多重生物学效应[9]。低浓度氢气可稳定线粒体膜电位、抑制细胞凋亡，同时阻断炎症信号通路、下调促炎因子分泌；氢气化学性质稳定、生物毒性极低，可按需可控释放，能够促进血管新生，并为组织再生提供还原当量。

综上，创面修复的临床痛点要求诊疗模式从传统被动给药，转变为适配创面微环境动态变化、主动自适应、分阶段精准干预的全新策略。

本研究融合三大治疗体系：抗菌作用、抗炎效应、免疫调控，具体设计思路如下：

1. 双波长光响应设计

    808 nm近红外一区光组织穿透深度可达0.5–3.0 cm，生物组织吸收损耗低[10]，用于激发掺铂聚合物点产生局部高温，杀灭细菌、破坏生物膜；

    380 nm近紫外光穿透较浅，但光催化效率优异，依托聚合物点宽光谱吸收特性与可调控激发态氧化还原电势，催化水分解析氢，持续供给修复所需氢气。

2. 氢气介导免疫调控新机制

    氢气除经典清除过氧化氢、超氧阴离子等活性氧的抗氧化作用外，还可降低MAPK蛋白磷酸化水平、抑制NOD炎症小体活化，下调AP-1转录活性，阻碍巨噬细胞向促炎M1型极化，将创面免疫微环境从破坏性炎症状态转向组织修复稳态。

3. 温/pH双响应银离子释放体系

    将L-组氨酸稳定银纳米颗粒包埋于GelMA/O-CMC/四臂PEG苯甲醛复合水凝胶基质；感染创面呈弱碱性，叠加光热升温会促使水凝胶溶胀、缓慢降解，按需在病灶处释放银离子，最大程度避免银离子全身渗漏；

    同时氢气生成产生微量氧化副产物（超氧阴离子等），可进一步氧化银纳米颗粒、加速银离子释放，构建闭环正向协同治疗循环。

三者有机整合，让水凝胶从单纯的物理支撑支架，转变为可自主感知微环境、自适应调控的一体化治疗平台。

本研究系统设计并验证了双波长响应、三效合一的GMMC-聚合物点-银水凝胶，首次构建时空分辨、两阶段递进式感染创面治疗体系（见图1）：

① 近红外808 nm照射：急性期杀菌阶段

聚合物点产生光热升温，叠加创面碱性微环境共同触发银离子释放，二者协同清除细菌、瓦解生物膜，控制急性感染；

② 切换380 nm近紫外光：组织修复阶段

聚合物点持续催化产氢，氢气清除过剩活性氧、抑制NOD/MAPK/AP-1炎症信号通路，下调M1型巨噬细胞标志物（CD86、诱导型一氧化氮合酶）、促进修复型M2巨噬细胞极化（CD163、白介素10高表达），消退慢性炎症、推动组织再生。

本研究同时证实了正向反馈放大环路：产氢过程生成微量氧化活性物质，可氧化银纳米颗粒、进一步促进银离子释放，无需提升初始银颗粒负载量即可持续强化抗菌效果。

皮肤创面感染、肝脏感染两类动物模型体内综合结果显示：该材料可加快创面闭合、降低细菌负荷、减少中性粒细胞浸润、促进血管新生（CD31阳性血管增多），无明显全身毒性与脏器蓄积。

这套“单一材料、三种治疗模式、两大病程阶段”的设计理念，为自适应型智能抗菌生物材料树立了新的研究范式。

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