负载百里香醌(Thymoquinone, TQ)的电纺纤维垫作为先进伤口敷料材料

《Pharmaceutics》：Thymoquinone-Loaded Electrospun Fibrous Mats as Advanced Wound Dressing Materials

　　

背景：百里香醌(Thymoquinone, TQ)是黑种籽(Nigella sativa L.)中提取的生物活性化合物，具有抗氧化、抗炎及促伤口愈合特性，但其临床应用受限于水溶性差和不稳定性。方法：研究人员制备了三种基于不同聚合物基质——聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone, PVP，编号N1)、PVP/羟丙基-β-环糊精(Hydroxypropyl-β-cyclodextrin, HPβCD，编号N2)和PVP/聚己内酯(Polycaprolactone, PCL，编号N3)——的电纺纳米纤维系统，作为TQ控释的潜在伤口敷料。结果：所有制剂均形成均匀纳米纤维结构，TQ以分子分散态存在于聚合物基质中(经扫描电子显微镜SEM、X射线粉末衍射XRPD及傅里叶变换红外光谱FTIR证实)。纳米纤维组成显著影响其理化及功能性质：含HPβCD的N2体系纤维直径最小(~208 nm)、药物释放最快，因TQ溶解度提高而表现出增强的抗氧化与抗炎活性；含PCL的N3体系纤维较粗(~1089 nm)，呈缓释行为、黏蛋白黏附性最高，且促伤口愈合效果最显著(24 h伤口闭合率达90%)。稳定性研究表明HPβCD显著提升TQ对热、湿及光解降解的抵抗能力，无稳定剂的PVP体系稳定性最低。主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)确认纳米纤维性能受两个关键因素调控——药物可利用度与"缓释+生物黏附"组合，且伤口愈合效能与后者相关性更强。结论：合理设计聚合物组成可调节TQ递送及生物学响应。PVP/PCL纳米纤维因能提供缓释并增强组织再生，是最具前景的伤口敷料候选材料。

研究背景与目的：

慢性与急性创面因易感染、炎症迁延及组织再生受损而成为临床难题。理想伤口敷料应维持湿润环境、阻隔微生物并可局部递送治疗剂以促进愈合各阶段。电纺纳米纤维因比表面积大、孔隙结构可调、可负载并缓释活性物质，是伤口敷料的理想平台。百里香醌(Thymoquinone, TQ)源自黑种籽(Nigella sativa L.)籽油，具抗氧化、抗炎、抗菌及促伤口愈合活性，但因水中溶解度低、对光氧敏感、化学不稳定导致生物利用度低且易降解，限制其临床应用，故需开发能稳定TQ并实现控释的载体系统。已有脂质体、聚合物纳米粒、水凝胶等TQ纳米载药系统报道，电纺纳米纤维作为TQ局部递送平台也见诸文献（如PCL/壳聚糖或聚乙烯醇体系），但多数仅关注单一配方与有限性能指标，缺乏处方组成、理化性质、释放行为、稳定性及生物学活性的系统性关联评价，尤其对"增溶策略（如环糊精包合）"与"疏水基质改性（如PCL）"协同影响电纺系统功能表现的认识不足。本研究首次系统比较亲水性(PVP)、含环糊精(PVP/HPβCD)及缓释型(PVP/PCL)三种TQ负载电纺纳米纤维体系，综合评估溶出动力学、黏蛋白黏附性、胁迫条件下稳定性、体外生物活性及伤口愈合效能，并结合多元统计分析揭示材料设计-疗效关系。该研究发表于《Pharmaceutics》。

主要关键技术方法：

研究人员以三种聚合物体系制备TQ负载电纺纳米纤维——N1(TQ/PVP)、N2(TQ/PVP/HPβCD，利用HPβCD包合增溶稳TQ)、N3(TQ/PVP/PCL，利用PCL调疏水性与缓释)；通过扫描电子显微镜(SEM)观察形貌并测纤维直径，X射线粉末衍射(XRPD)判断TQ晶型变化，傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子间相互作用；高效液相色谱法(HPLC)测定载药量与包封率；溶出仪(pH 5.5磷酸盐缓冲液)考察释放曲线并拟合零级、一级、Higuchi及Korsmeyer–Peppas模型；黏度法测黏蛋白黏附性；DPPH自由基清除实验测抗氧化活性，透明质酸酶抑制实验测抗炎活性；MTT法测人皮肤成纤维细胞(Hs27)细胞毒性，划痕实验(Scratch Assay)评估24 h伤口愈合(迁移)能力；热(60℃/14 d)、高湿(25℃/75% RH/7 d)、光(365 nm UV+420 nm可见光/2.5 h)胁迫稳定性试验；单因素方差分析(ANOVA)及主成分分析(PCA)进行数据统计。

研究结果：

1. 3.
   Results and Discussion
   SEM显示N2纤维最细均一(~208 nm，产率最高)，N1约356 nm，N3最粗(~1089 nm，产率较低)；XRPD未见TQ特征结晶峰(除N3中PCL特征峰)，表明TQ以无定形分子分散于基质中；FTIR中PVP羰基C=O吸收带红移(1653→1647 cm^?1，N1；1649 cm^?1，N2；1651 cm^?1，N3)及谱图变化证实TQ与聚合物间氢键作用及HPβCD包合，TQ分子水平分散。载药量测定显示实测含量与理论投料吻合，包封率(Loading Efficiency, LE)>98%。

溶出行为：N2因HPβCD增溶TQ释放最快最彻底，N1中等扩散控释，N3因PCL疏水致密呈最慢持续释放；Korsmeyer–Peppas拟合N3释放指数n=0.48，为非Fickian(anomalous)转运，表明扩散与聚合物溶胀/松弛共同控释。

黏蛋白黏附性(Mucoadhesive Properties)：N3黏附力最强(低剪切下>350 cps，源于PCL疏水作用与致密基质)，N1中等(PVP氢键作用)，N2最低(HPβCD不具黏附性且包合减少PVP作用位点)。

生物学活性(Biological Activities)：DPPH法N2的IC₅₀最低(HPβCD增溶提升TQ可利用度)，N1次之，N3最高(PCL限释放)；透明质酸酶抑制法N2活性最强(增溶提高TQ表观生物利用度)，N3居中(缓释限短时活性)，N1较弱。MTT证实10 μg/mL TQ当量浓度下Hs27细胞活力>98%，选此浓度做划痕实验。

细胞毒性及伤口愈合(Cytotoxicity Assay and Wound-Healing Properties)：划痕实验24 h后对照组伤口闭合~70%，N1为78%(p<0.005)，N2为85%(p<0.0001)，N3达90%(p<0.0001)；表明缓释与良好滞留(N3)最利于成纤维细胞迁移与创面闭合，效果排序N1< />< />

稳定性测试(Stability Tests)：N1(PVP alone)残存TQ最少(吸湿促降解、无保护)；N2(含HPβCD)残存率最高(HPβCD疏水空腔包蔽TQ阻光氧水接触)；N3较好(PCL疏水阻湿，但高温近PCL软化点可致微结构变化略降稳性)。

主成分分析(PCA)：纤维直径、80%释放时间(Diss)、黏蛋白黏附力(Muco)强正相关(r分别为0.978、0.998、0.990)，归为"结构-释放域"；伤口愈合效率与Diss(r=0.845)、Muco(r=0.761)、直径(r=0.713)正相关，说明缓释+滞留是关键；抗氧化(DPPH IC₅₀)与抗炎(透明质酸酶IC₅₀)负相关(r=-0.945)，归为"生物活性域"；伤口愈合与即时抗炎活性负相关(r=-0.736)，强调持续释放优于瞬时高浓度。系统性能受"药物可利用度"与"缓释+生物黏附"双因子支配，后者更关联愈合。

讨论与结论翻译：

本研究成功制备三种不同聚合物基质(PVP、PVP/HPβCD、PVP/PCL)的TQ负载电纺纳米纤维并全面表征其理化性质、释放行为、生物活性及稳定性。所有处方形成均匀纳米纤维结构，TQ以分子分散态存在于聚合物基质中。体系组成显著影响纤维形态、药物释放动力学及功能表现：掺入HPβCD(N2)产生更细更均匀的纤维，显著提升TQ溶解度致最快释放及增强的抗氧化与抗炎活性；掺入PCL(N3)产生较粗纤维及更疏水结构化基质，表现为缓释、优异黏蛋白黏附性及最显著的伤口愈合效应。生物学研究证实所有TQ负载纳米纤维促进成纤维细胞迁移与伤口闭合，效果N1< />