北化工徐福建/李楊團隊最新Science Advances：“力學自適應”天然多糖愈合粉重塑創面愈合力學微環境

前言

線性創面尖端的應力集中是臨床常見但長期被忽視的問題，在以圓形創面為主導的研究范式下長期被忽視；同時，靜態生物材料與動態組織重塑在時間尺度上的不匹配，也制約了創面的高質量修復。2025年11月28日，北京化工大學徐福建與李楊團隊在《Science Advances》上發表研究論文“Mechanoadaptive polysaccharide conjugates architect pro-healing microenvironments via dynamic stress redistribution in skin defects”。該研究開發了一種基于多糖顆粒的濕黏附系統HADEX，可在濕性線性創面中精準塑形并優化局部力學微環境。其降解過程與內源性細胞外基質的沉積在時序上高度協同，從而在多種動物模型中實現了線性創面的無縫閉合與高質量愈合。

研究思路

臨床傷口護理至今仍有不少難題待解。比如，線性傷口在外科手術和慢性損傷中十分常見，但大多數研究還在用傳統的圓形傷口模型，很難真實反映線性傷口特有的力學環境——尤其是傷口兩端容易出現的“應力集中”現象，這往往會拖慢愈合速度。針對這一問題，研究團隊開發了一種新型的濕黏附粉末系統HADEX。它由兩種天然多糖衍生物組成，遇到組織滲出液后能迅速凝膠化，像一款“智能創可貼”，溫柔地貼合傷口。HADEX通過動態化學鍵高效黏附，并借助微米級粉末快速吸收滲出液，在閉合傷口的同時，巧妙地將應力均勻分布，緩解尖端壓力。更特別的是，它會隨著組織自身的修復進程逐步降解，“默契配合”新組織的生長。在大鼠和豬的皮膚切口模型實驗中，HADEX顯著加速了傷口早期閉合和上皮再生，尤其在糖尿病傷口中也表現良好。它使用簡便，有望成為新型創面敷料，為患者帶來更舒適、更高效的無縫愈合體驗。

圖1. 黏附性愈合粉調控力學微環境并實現降解與組織修復時序匹配以加速線性創面愈合的示意圖

研究要點

1、HADEX表征及力學調控作用

該粉末型可凝膠化黏附體系HADEX，由醛化透明質酸粉末和氨基化葡聚糖粉末組成。粉末顆粒尺寸處于微米尺度，有助于增強界面液體的對流與吸收，同時加快官能團間的反應進程。在帶血污染的豬皮模型上，HADEX仍可實現約40 kPa的黏附強度，足以“拎起”一瓶生理鹽水；其在組織表面形成致密多孔的水凝膠層，并以類似“觸手”的黏附界面緊密包覆組織，具備快速組織整合能力。與臨床常用組織膠 Histoacryl相比，HADEX可在1分鐘內迅速吸收界面水分，最大吸水率約為550%，是Histoacryl的5倍以上；同時將膨脹率穩定在約100%，避免因過度膨脹導致創緣移位或再次裂開。而Histoacryl接觸水后則形成硬脆塑料狀聚合物，表面殘留未反應液體和生物基質，既難以與組織充分貼合，又易在皮膚扭轉、牽拉時整體脫落。該研究基于有限元模型闡明了 HADEX 重塑創緣應力分布的內在機制。分析顯示，切口應力主要集中在兩端尖部。HADEX 通過機械性促進傷口閉合，顯著降低創緣尖端的殘余應力，減小切口向外擴展和撕裂的風險，并為創面重建提供更為有利的力學微環境。

圖2. HADEX在濕組織表面的理化特性、黏附性能表征及力學調控效果

2、HADEX生物相容性

在大鼠背部皮下植入模型中，研究團隊系統比較了HADEX與臨床常用組織膠Histoacryl的體內降解特征。鑒于在實際操作中難以完全避免Histoacryl進入傷口內部，因此評估其體內安全性尤為關鍵。植入后，HADEX隨時間呈現厚度減薄和結構碎片化等典型降解特征；至術后兩周僅有少量殘留，并伴隨慢性炎性細胞浸潤減輕。相比之下，不可降解的Histoacryl更易誘發明顯的炎癥和吞噬反應，術后兩周仍殘留較大組織空腔，說明其對局部組織的長期影響更為突出。在此基礎上，研究者進一步評估了HADEX降解產物的代謝情況。通過對HADEX組分進行熒光標記，并結合28天體內清除軌跡追蹤和體內分布成像，結果顯示HADEX主要經肝臟和腎臟清除：其中OHA在肝臟中富集更為明顯，而Dex則主要在腎臟中累積，這與兩種多糖各自的結構特點及降解途徑差異密切相關。

圖3. HADEX的降解過程及體內代謝追蹤

3、HADEX的體內有效性驗證

在大鼠皮膚切口模型中，研究團隊系統評估了HADEX在無縫線修復中的體內療效，并與傳統縫合及臨床常用組織膠Histoacryl進行對比。HADEX施加于濕潤創面后，經約1分鐘輕壓即可由粉末態轉變為貼合凝膠態，實現強濕黏附并促使切口閉合；術后第8天，HADEX組基本完成再上皮化，而縫合組和Histoacryl組仍可見明顯切口殘跡，且Histoacryl聚合放熱可能導致局部灼傷。有限元分析顯示，縫合組應力主要集中于針孔和結扣處；Histoacryl因剛度較高，在組織–膠體界面產生剝離型應力集中；HADEX則顯著降低切口尖端及邊緣的峰值應力，更均勻地承擔和重分配應力，從而維持皮膚整體力學穩定性并降低切口擴展風險。組織學結果表明，HADEX組與縫合組在術后4和8天均表現出良好的創面閉合、較小創面間隙及相對較輕的炎癥反應，而對照組及Histoacryl組傷口組織重建不足，炎性細胞大量聚集，且Histoacryl殘留碎片周圍可見較大組織空腔。免疫學分析顯示，縫合組和Histoacryl組免疫細胞（CD45?）與中性粒細胞（Ly6G?）浸潤明顯，反映出額外機械損傷和材料相容性欠佳所致的持續炎癥。進一步的巨噬細胞極化結果顯示，Histoacryl組M1型（CD86?）巨噬細胞持續高表達，而HADEX組M1型（CD86?）比例逐漸下降、M2型（CD163?）比例上升，表明其更有利于創面由炎癥向增殖期平穩過渡并促進再生。

圖4. HADEX在大鼠皮膚切口模型中的應用

為評估肉芽及真皮重建質量，研究者對傷口組織進行Masson與Sirius Red染色。對照組、縫合組及Histoacryl組膠原重塑有限，多為稀疏、近線性排列的不成熟纖維；而HADEX組術后第8天已形成較為典型的再生組織，可見短而寬的“籃網狀”ECM纖維。為解析加速愈合的分子基礎，對第8天切口組織進行RNA-seq分析。上調基因主要富集于actin cytoskeleton及F-actin、myosin filament和actomyosin contractile ring相關通路，推動再上皮化和傷口閉合；而與ECM過度重塑、角化及炎癥反應相關基因整體下調，提示創面已由炎癥期進入增殖/重塑階段，膠原趨于成熟，纖維化風險降低。

圖5. 傷口愈合作用機制的探究

為進一步驗證 HADEX 的修復效果，研究團隊在糖尿病大鼠皮膚切口模型中進行了評估。高血糖狀態往往伴隨持續炎癥、角質形成細胞遷移受損及創面收縮能力下降，導致愈合顯著延遲。結果顯示，經過 8 天處理，HADEX 組的切口閉合程度明顯優于對照組；僅在 HADEX 組中，第 4 天即可觀察到炎性細胞浸潤顯著減輕，創面形成連續的再生表皮、更厚實的肉芽組織及更豐富的成熟膠原纖維，表明 HADEX 在糖尿病創面中具有突出的促愈合作用。為評估其臨床轉化潛力，研究者進一步建立巴馬豬皮膚切口模型，HADEX 在該模型中同樣表現出優異的創面修復效果。值得注意的是，直至第 28 天，Histoacryl 組仍可見因不可降解殘留導致的深部組織腔隙；相比之下，HADEX 組則呈現表皮增厚且分層完整、肉芽組織致密、成熟膠原明顯增加的特征，皮膚整體結構已接近損傷前狀態。

圖6. HADEX在糖尿病大鼠和巴馬豬切口模型

研究亮點

1. 本研究聚焦臨床常見的線性創面，突破傳統圓形模型局限，深入揭示其傷口尖端存在的“裂紋樣”應力集中現象，以及材料支撐與組織再生在時間上的失配問題。該工作將縫合口裂開與愈合延遲，重新定義為由“力學微環境”和“生物時間節律”共同調控的關鍵機制。

2、構建了基于醛化透明質酸與氨基化葡聚糖微米粉末的濕黏附體系HADEX。該體系通過醛基-氨基動態共價鍵與氫鍵快速交聯，可在濕潤甚至帶血界面實現“粉末-水凝膠”的原位凝膠化，具備優良吸液性、強濕態黏附、可降解及儲存穩定性，為線性創面閉合提供了一種無需縫合的新策略。

3、該研究實現了力學-時間雙適配的創緣重塑機制。結合有限元模擬與體內實驗證實，HADEX能夠有效緩解線性切口尖端的應力集中，優化局部力學微環境。其降解過程與細胞外基質沉積基本同步，支撐材料力學功能向新生組織平穩過渡，形成了應力調控與再生時序相匹配的一體化促愈合新路徑。

北京化工大學徐福建教授課題組長期致力于天然多糖醫用敷料的功能化改性研究，通過創新修飾策略系統提升敷料在應力調控、屏障保護與微環境調節等方面的綜合性能。團隊提出了系列物理微環境主動干預創面修復材料（Sci. Adv. 2025, 11, eadz3529；Adv. Mater. 2025, 37, 2413373 ；Adv. Mater. 2025, 37, 2410845；Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2419170）以及生理微環境動態適配創面修復材料（Adv. Mater. 2025, 37, e09558；Biomaterials 2026, 326, 123641；Biomaterials 2025, 317, 123076）。本研究進一步深化了“力學微環境”調控創面愈合的理論基礎，相關技術正與穩得希林（杭州）生物科技有限公司進行落地轉化過程中，有望為高端醫療器械注入新的功能特性，更好地契合臨床需求，推動醫用敷料行業創新發展。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3529