伤口愈合乃是一个精细且繁杂的动态平衡进程，其中涵盖免疫细胞的免疫调节、细胞因子的信号传导以及细胞外基质的重塑等一系列精准且有序的协同活动。感染所引发的炎症持续对周围组织造成侵蚀，细菌大量繁衍进而破坏伤口微环境，加之长期使用抗生素所导致的耐药性问题，上述这些因素相互交织，致使感染伤口的愈合面临诸多困难。一氧化碳（CO）作为一种内源性气体信号分子，于生理调节领域发挥着极为关键的作用。其能够对细菌的代谢进程形成干扰，进而抑制细菌的生长与繁殖；亦可对免疫细胞的活性予以调节，以此减轻炎症反应；并且，CO能够推动细胞的增殖与分化，为组织修复工作提供有力支持。多聚脱氧核糖核苷酸（PDRN）是一种生物活性因子，能有效刺激生长因子分泌，加速血管生成，增强组织再生能力。把CO和PDRN用于伤口治疗，通过局部给药，这些活性物质可直接作用于伤口，显著提高局部浓度，增强治疗效果，还能降低对全身系统的不良影响。借助纳米载体与水凝胶等前沿技术，可显著提升其在体内的稳定性与生物利用度，以确保其更有效地发挥功效。因此，研发一种在近红外（NIR）光触发下能够精准、高效释放CO与PDRN的智能水凝胶敷料对于解决感染伤口愈合这一难题具有重大意义。

  近期，青岛大学胡浩、于冰联合青岛大学附属医院王开团队在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表了一篇题为A near-infrared responsive hydrogel loaded with Prussian blue-based nanocarriers for CO gas therapy of infected wounds的研究。

  感染伤口由于持续感染和炎症、局部微环境失衡以及抗生素耐药性等原因，在愈合方面存在困难。PDRN是从深海鱼精子中提取的一种核酸类药物，具备促进细胞增殖、减少炎症介质释放、加速新生血管生成和增加胶原生成等功能，对于促进慢性伤口愈合效果积极。治疗性气体CO具有抑制细菌生长和繁殖、抗炎以及促进细胞增殖和分化的作用，但要实现其安全、有效和可控释放面临重大挑战。研究团队制备了一种能够递送释放一氧化碳分子（CORMs）和活性因子PDRN的水凝胶（HPB-CO/PDRN@gel），用于感染伤口的高质量修复（图1）。作者制备了含有醛基的氧化海藻酸钠（OSA），并使其与改性的季铵化羧甲基壳聚糖（Q-CMC）通过缩合反应形成交联网络。用盐酸蚀刻普鲁士蓝纳米颗粒（PB NPs）制备空心PB纳米颗粒（HPB NPs），利用相变材料（PCM）将羰基铁（Fe₃(CO)₁₂）封装在其空腔内（称为HPB-CO NPs）。当HPB-CO NPs到达病变部位时，PB NPs的光热转换特性会使PCM融化，从而引发CORMs的释放。CO与细菌呼吸链结合，干扰其代谢过程，导致活性氧物种（ROS）积累，削弱细菌的DNA修复能力。同时，CO还能通过下调炎症因子的表达和调节巨噬细胞表型发挥抗炎作用。释放的PDRN可以刺激生长因子的分泌，促进组织再生，减轻伤口的炎症反应，为伤口愈合创造有利的微环境。此外，PB NPs诱导的光热疗法（PTT）和带正电的Q-CMC具有协同抗菌作用。这种多功能水凝胶为感染伤口的治疗提供了一种有前景的策略。

图1. 纳米粒子（HPB-CO NPs）和纳米复合水凝胶（HPB-CO/PDRN@gel）的合成用于感染伤口治疗。

  在光热性能和控释行为测试中，通过调节NIR光的强度和照射时间，可以精确调控水凝胶的温度和CO的释放速率。水凝胶在NIR光照射下能够迅速升温，并在短时间内达到稳定的温度；多次开关NIR光后，水凝胶仍能保持稳定的光热响应，这为其在实际应用中的精准治疗提供了有力保障。通过实验还证实了水凝胶能够实现PDRN持续、缓慢的药物释放（图2）。

图2. 纳米粒子和纳米复合水凝胶的光热行为和控制释放能力。

  因局部免疫紊乱、代谢异常以及组织修复信号通路受阻，感染伤口难以正常愈合。研究作者选取L929细胞和NIH 3T3细胞为模型进行实验，证实了水凝胶具有良好的相容性，细胞存活率高。针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的测试发现，在NIR光触发下，HPB-CO/PDRN@gel（L+）组的抑菌率超过99%，展现出卓越的抗菌性能（图3）。

图3. HPB-CO/PDRN@gel的生物相容性和抗菌活性评估。

  作者制备的纳米复合水凝胶能够显著促进细胞迁移和增殖，增加VEGF和α-SMA的表达，同时降低TGF-β的表达，有效加速伤口愈合过程。在免疫调节方面，该水凝胶可促使巨噬细胞从促炎的M1表型向抗炎的M2表型转化，发挥强大的抗炎功效（图4）。

图4. 纳米复合水凝胶在体外促进伤口愈合的机制及作用。

  为了评估HPB-CO/PDRN@gel在体内的治疗效果，作者建立了金黄色葡萄球菌感染的小鼠全层皮肤损伤模型。研究发现，HPB-CO/PDRN@gel（L+）组的伤口愈合速度明显快于其他组，该水凝胶在NIR照射的辅助下能够促进伤口处肉芽组织的形成和成熟，增加胶原蛋白的沉积，促进新血管生成，有效控制炎症反应，加速伤口修复（图5）。

图5. 纳米复合水凝胶对细菌感染小鼠伤口愈合的促进作用。

  为深入探索HPB-CO/PDRN@gel水凝胶加速伤口愈合的潜在机制，研究团队收集了经该水凝胶处理的伤口组织开展了基因转录组分析。PI3K-Akt信号通路作为细胞中至关重要的信号通路，在细胞生长、存活、代谢、增殖、分化、迁移和血管生成中起着至关重要的作用。MAPK信号通路通过调节细胞周期相关蛋白的表达和活性来促进细胞生长和增殖。作者认为HPB-CO/PDRN@gel（L+）可以通过激活PI3K-Akt和MAPK信号通路调节伤口愈合，从而促进伤口修复（图6）。

图6. 伤口部位基因转录分析结果。

  该近红外响应水凝胶在感染伤口治疗方面展现出了巨大的潜力，为临床治疗提供了一种全新的、更有效的策略。其多机制协同作用的特点，不仅能够有效抗菌、抗炎，还能促进组织再生，实现快速且高质量的伤口愈合。同时，该水凝胶良好的生物相容性也避免了潜在的副作用，为患者带来了更好的治疗体验。

  青岛大学硕士生李瑶为该文的第一作者，青岛大学胡浩副教授、于冰教授以及青岛大学附属医院王开主任为该文的共同通讯作者。青岛溯博生物技术有限公司为本研究提供了具有专利技术的季铵化羧甲基壳聚糖（Q-CMC）。本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、青岛市市南区科技计划项目、青岛大学生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室开放课题以及山东省高水平学科项目的支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162544