Adv. Mater.：工程化生物纖維素止血敷料賦能燒傷創面治療

近日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室、合成生物學研究所材料合成生物學研究中心鐘超團隊，聯合上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院燒傷整形科劉琰團隊，在國際學術期刊Advanced Materials發表題為“Thrombin-Anchored Bacterial Cellulose Dressing for Advanced Burn Wound Care”的研究論文。該研究基于纖維素結合結構域（CBD）的非共價橋連機制，成功將重組人源凝血酶固定于生物纖維素基體上，構建出兼具止血與促愈合功能的一體化敷料（T-BC）。該材料在燒傷創面護理中表現出優異的生物性能和組織修復能力，為嚴重創傷管理提供了新的材料策略，并展現出良好的臨床轉化潛力。

在臨床燒傷創傷治療中，早期削痂術是清除壞死組織、減輕炎癥反應并改善愈合效果的關鍵干預措施。然而，該手術通常伴隨明顯的術區出血。若止血控制不充分，不僅會增加繼發感染風險，還可能延緩創面修復進程，影響患者康復。當前臨床常用的止血方式存在顯著局限：電凝止血雖可有效控制出血，但其熱損傷效應易對周圍健康組織造成二次損傷，且處理過程需逐點操作，效率較低；而商用止血劑在換藥時易出現再出血、貼附性差、機械強度不足等問題。這些挑戰凸顯出對兼具快速止血與良好生物相容性的新型創面修復材料的迫切需求。在眾多材料中，生物纖維素（BC）因其高度可控的納米網狀結構、優異的機械強度、良好的透氣性與生物相容性，被廣泛視為理想的創面敷料基材。該材料是由康普茶菌Komagataeibacter rhaeticus在培養基的氣-液界面自然生成的濕膜，其不引起免疫排斥反應，有助于維持濕潤微環境，促進細胞遷移與組織再生。然而，BC本身缺乏主動的生物功能，如止血活性，這限制了其在復雜創面中的應用。

凝血酶作為止血級聯反應中的關鍵酶，不僅可迅速催化纖維蛋白原生成纖維蛋白形成血凝塊，還能通過與細胞表面受體相互作用參與調控傷口愈合過程。但天然凝血酶在創面使用時常因易被體液降解、局部停留時間短、粘附性差等問題而療效受限。針對上述問題，本研究創新性地設計并構建了人源凝血酶與纖維素結合域（CBD）的融合蛋白，通過簡單浸泡方式將其錨定至BC膜表面，成功制備出具備協同功能的T-BC敷料。該策略基于分子識別機制進行酶固定化，無需有機溶劑或復雜化學修飾，兼顧綠色、安全與工藝可行性。制備所得的T-BC復合敷料在保留BC原有結構和保濕優勢的基礎上，實現了快速且持久的止血性能，為燒傷創面修復提供了一種新型、高效且具臨床轉化潛力的材料解決方案（圖1）。

圖1 | T-BC敷料在創面治療中的作用機制

在初步實驗中，研究團隊首先篩選獲得了能夠與生物纖維素高效、穩定結合的纖維素結合結構域（CBD），并將其與人凝血酶原-2構建為融合蛋白進行表達。該融合蛋白經蛇毒酶Ecarin激活后成功轉化為具有完整酶活性的CBD-凝血酶，并在體外實驗中表現出顯著的促凝血功能，能夠快速誘導血液凝固。進一步通過大鼠肝臟切口模型驗證了該策略的止血效果：CBD-凝血酶與BC基質的穩定結合將BC轉化為具有生物活性的功能性止血敷料，可在1分鐘內實現快速止血（圖2），表現出優越的即時止血能力。此外，研究系統開展了T-BC敷料的細胞毒性、溶血活性與組織相容性評價，相關結果表明該材料具有良好的生物安全性，支持其在臨床燒傷創面修復中的應用。

圖2 | T-BC止血敷料的體外及體內性能評估

在模擬深Ⅱ度燒傷削痂創面的大鼠模型中，T-BC敷料展現出顯著的促愈合效果。治療組在第5天的創面閉合率明顯高于未處理組，表明該材料可有效加速創面愈合進程（圖3）。進一步的轉錄組學分析顯示，T-BC能夠調控多條與血管新生、炎癥消退和細胞外基質重塑相關的信號通路，提示其在多階段創面修復過程中發揮協同作用。這一分子層面的調控作用亦得到了細胞水平和組織學結果的佐證，驗證了T-BC在創面微環境中長期穩定存在的基礎上，兼具止血與組織再生的雙重功能。

圖3 |大鼠削痂創面模型中止血促愈效果評估

綜上所述，T-BC敷料有效填補了燒傷創面護理中的關鍵技術空白，兼具快速止血與加速組織再生的雙重功能，顯著改善了創面修復效率并有望提升患者整體預后表現。通過蛋白功能模塊—碳水化合物結合域—碳水化合物基質的可編程構建策略，該平臺兼顧材料的模塊化設計、生物功能性與臨床相關性，為未來在急性創傷及慢性難愈性傷口治療中的應用提供了廣闊前景和發展潛力。

中國科學院深圳先進技術研究院研究員鐘超、副研究員安柏霖和上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院劉琰主任為本文的通訊作者。深圳先進技術研究院科研助理王瑤敏和瑞金醫院主治醫師楊沛瑯為本文共同第一作者。中國科學院深圳先進技術研究院副研究員王艷怡在本研究過程中提供了重要指導與支持。本研究得到了國家重點研發計劃、深圳市醫學研究專項資金、國家杰出青年科學基金、深圳市科技計劃項目、國家自然科學基金以及深圳合成生物學創新研究院等項目的資助。同時，本研究感謝材料合成生物學研究中心儀器分析平臺，以及深圳合成生物研究重大科技基礎設施在本研究中提供的技術支持。

論文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202420338