天津大学刘文广团队《AFM》：基于α-硫辛酸辅酶的深共晶凝胶促进伤口愈合

α-硫辛酸（LA）是生物体内天然的内源性生物小分子，参与线粒体的活动并调节能量代谢。由于其杂环中相邻的两个硫原子在高电子云密度下相互排斥，因此 LA 具有很强的还原性，被认为是人体内氧化还原反应中的 "万能抗氧化剂"。由于其独特的生物活性和结构特点，LA 已被广泛应用于治疗糖尿病、老年痴呆症和癌症的纳米药物中。

为了拓宽LA的应用场景，近几年，已经有许多研究报道了将LA负载至聚合物凝胶中。比如利用LA的动态二硫键和末端羧基之间的动态氢键，以分层自组装的形式构建了超分子聚合物网络，但是单一的LA超分子网络的稳定性不足，在潮湿环境中使用时会迅速解离，释放出小分子。虽然可以通过在体系中引入多种双键单体、金属离子和离子液体来稳定聚LA基超分子聚合物，但所制备的聚LA基聚合物难以纯化，且无法去除未反应的外源小分子，存在生物安全隐患。此外，由于聚LA 的高交联密度和 LA 分子的内在疏水性，LA 活性分子不能有效地从聚LA 基材料中释放出来，从而牺牲了 LA 的生物活性，如抗氧化和抗菌。因此，LA基材料固有的疏水性和聚硫辛酸的易析出性仍然是以LA为基础的块状材料在生物医学领域应用的一大挑战。

近期，天津大学的刘文广团队针对LA基生物医用材料的问题，在不引入任何外源稳定分子的情况下，通过一步加热 LA 和LA-Na的混合物，制备出一种自稳定的 LA 基深共晶超分子聚合物（LA-DESP）粘合剂。由于聚LA和聚LA-Na之间的多重氢键，是的LA/LA-Na之间形成深共晶效应，不仅能防止聚LA解聚，还能将LA-DESP的熔点降至接近人体和病理温度。LA 和 LA-Na 的共聚减缓了聚LA-Na 的解离，从而可持续释放具有生物活性的 LA 基小分子，并具有令人满意的抗氧化和抗菌功能。此外，LA-DESP 依靠其原位固化特性和丰富的羧基，这种材料可以在包括湿组织在内的各种基底上表现出快速而坚韧的粘附性。LA-DESP 作为一种组织密封剂可以很好地替代手术缝合线，促进大鼠皮肤切口的伤口愈合。该工作以题为“A Coenzyme-Based Deep Eutectic Supramolecular Polymer Bioadhesive”的文章发表于Advanced Functional Materials上。

LA-DESP的制备与表征

LA-DESP 的制备只需将不同质量比的 LA 与 LA-Na 混合，然后在不同温度下加热即可。不同质量比的 LA/LA-Na 混合物在加热到不同温度后迅速形成一系列淡黄色粘稠液体。差示扫描量热法（DSC）测量了 LA、LA-Na 和 LA/LA-Na 混合物的热性能，原始 LA 粉末的熔点（Tm）65 °C，但在对 LA 进行去质子化以破坏羧基间的氢键后，LA-Na 即使加热到 200 °C 也无法熔化，这证明了多个氢键相互作用的形成对于 LA 的熔化至关重要。随着 LA 在 LA-Na 中添加量的增加，LA/LA-Na 体系的熔点显著降低，反映了典型的共晶现象。当 LA/LA-Na 比率为 3 时，体系的熔点降至 42.3 °C，远低于原始 LA 和 LA-Na 的熔点。由于 LA 单体具有热引发的超分子自组装特性，LA/LA-Na 体系在熔化后可转化为超分子聚合物，得到的超分子聚合物被命名为 LA-DESP-x，其中 x 代表 LA 与 LA-Na 的质量。

通过拉伸试验评估了 LA-DESPs 的机械性能。通过调整 LA 与 LA-Na 的质量比，LA-DESPs 的力学性能可以在很大范围内进行调节。随着 LA 含量的增加，LA-DESPs 经历了从结晶结构到无定形结构再到结晶结构的转变，因此随着 LA 含量的增加，LA-DESPs 的拉伸强度先降低后升，但伸长率却相反，这是因为聚合物链的流动性降低了。LA-DESP 的拉伸应力-应变曲线和宏观拉伸行为也反映了 LA-DESP 从结晶到无定形状态再到结晶状态的转变。

LA-DESP由于羧基的存在，在对不同的基地都有良好的黏附作用。将 LA-DESP 粘合剂粘合的铁片在水中浸泡不同时间，考察 LA-DESP 粘合剂的防水粘合能力。结果表明，除 LA-DESP-2 外，其他比例的 LA-DESP 在水中浸泡 1 天后，粘附强度与干燥状态相比明显下降。与干燥状态相比，LA-DESP-2 在水中浸泡后的粘附强度显著增加。在水中浸泡一天后，LA-DESP-2 的粘附强度从干燥状态下的 137 kPa 增加到 1.07 MPa。虽然随着在水中浸泡时间的延长，粘附强度逐渐降低，但即使在水中浸泡 4 天，其粘附强度仍高于干燥状态（465 kPa）。LA-DESP 在水中出现的独特粘附特性可能是由于水分子改变了粘合剂的网络结构。主要是由于LA-DESP-2 与水接触后由无定形结构转变为结晶结构。结晶结构的出现增强了 LA-DESP-2 的体积强度，从而有助于提高粘合强度。随着在水中浸泡时间的延长，LA-DESP-2 的粘合强度下降，这是因为过量水分子的进入进一步加剧了聚LA 的解聚，导致粘合剂的体积强度急剧下降。

LA-DESP伤口愈合应用研究

LA-DESP 对不同的生物组织具有良好的粘合性。并且，LA 已被证明具有出色的抗氧化和抗菌功能。然而，迄今为止报道的基于 LA 的材料很少利用其生物活性功能，因为 LA 单体具有疏水性，在水环境中不易释放出来，因此大大牺牲了 LA 的生物活性。聚 LA-Na 在水溶液中的快速解离可有效释放出小的 LA-Na 生物活性分子。然而，原始聚 LA-Na 过快的解离速率（20 分钟）并不适合在体内应用。在这项工作报道了聚LA 与聚 LA-Na 的结合可以降低聚 LA-Na 的解离速率，并通过在聚LA 与聚 LA-Na 之间形成多个 -COOH...O═C─O- 氢键来实现 LA-Na 的缓慢、持续释放。作为一种生物粘合剂，除了出色的组织粘附性和生物活性外，生物相容性也是决定其在体内应用于组织修复的先决条件。LA-DESP-2 不会刺激皮下黏膜组织产生急性反应。对包括心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏在内的主要器官进行的组织学评估显示，LA-DESP-2 没有对这些器官造成任何损害（。这些数据证明，LA-DESP-2 不会对大鼠造成局部或全身毒性，显示出良好的生物安全性和生物相容性。

考虑到其快速的组织密封能力、生物活性分子的释放行为和可靠的生物相容性，LA-DESP-2 被用作组织粘合剂来取代手术缝合线，以加速大鼠模型皮肤伤口的愈合。手术前，将 LA-DESP-2 在注射器中加热至 49 °C，待其完全熔化后降温至 45 °C，然后将熔化的 LA-DESP-2 快速挤出至大鼠皮肤伤口处。LA-DESP-2 被迅速冷却至体温，并在伤口处就地凝固，从而与潮湿的伤口组织牢固粘合。虽然手术缝合线也能缝合伤口，但观察到周围组织出现了明显的二次损伤。LA-DESP-2 治疗 3 天后，切开的伤口被紧紧封住，治疗时间延长到 7 天后，伤口几乎完全闭合。缝合组的皮肤切口被很好地缝合，但缝线仍留在皮肤界面上，阻碍了组织再生。而对照组的皮肤伤口出现感染，第七天仍有明显损伤。以上结果表明，LA-DESP-2 生物胶体能显著促进皮肤伤口愈合。LA-DESP-2 治疗 7 天后，表皮完全再生，切口附近有明显的毛囊和皮脂腺。而对照组的伤口在第 7 天出现了明显的真皮层未恢复现象。缝合组的愈合情况相对较好，但愈合面不平整。

小结：本文利用了辅酶α-硫辛酸（LA）及其辅酶盐α-硫辛酸钠（LA-Na）的混合物具有深度共晶效应，通过对 LA 和 LA-Na 的混合物进行简单的一步加热，制备出了深共晶超分子聚合物（LA-DESP）粘合剂。研究表明，LA和LA-Na之间的多种-COOH......O═C─O-氢键相互作用能显著降低混合物的熔化温度，只需调节LA和LA-Na的比例，就能将熔化温度调制到接近人体和病理温度，且无需引入任何外源小分子或离子稳定剂，从而大大提高了LA基聚合物在体内应用的可能性LA-DESP 能够有效、持续地释放基于 LA 的活性分子，并显示出令人满意的抗氧化和抗菌活性。粘附了 LA-DESP 的组织可在 37 °C 的水中长时间保持稳定的粘合。实验证明，LA-DESP 粘合剂能牢固地粘附在潮湿的伤口组织上，并能显著加速伤口愈合。这项研究将为未来开发生物粘合剂提供一种新的思路。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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