百里酚醌偶联氧化锌纳米颗粒可加速大鼠模型中的皮肤伤口愈合

《Nano-Structures & Nano-Objects》：Thymoquinone conjugated zinc oxide nanoparticles accelerate cutaneous wound healing in a rat model

　　

Jabir Padathpeedika Khalid|Taniya Mary Martin|Meenakshi Sundaram Kishore Kumar

摘要

胸腺醌偶联氧化锌纳米颗粒（TQ-ZnO NPs）因其兼具抗炎和促进组织再生的作用，被视为大鼠伤口愈合领域具有前景的治疗手段。本研究在大鼠模型中探讨了TQ-ZnO NPs的伤口愈合潜力，重点分析了其对关键愈合指标的影响。研究通过细胞迁移试验和组织学分析来评估其治疗效果。结果表明，与低剂量（5?μg/mL）相比，高剂量（10?μg/mL）的TQ-ZnO NPs能显著促进上皮化、胶原沉积、新生血管形成以及纤维增生，且伤口闭合效果更为明显。分子分析显示，TQ-ZnO NPs可调节与伤口愈合相关的多种分子，包括精氨酸酶-1、VEGFR-2、TGF-β II型受体以及IL-10。这些纳米颗粒通过增强细胞迁移、减轻炎症以及促进组织再生发挥多重作用，这一效应可通过其与关键受体的结合亲和力得到证实。研究结果表明，伤口愈合效果随浓度升高而改善。该研究凸显了TQ-ZnO NPs作为加速伤口修复的有效治疗策略的潜力，其在治疗急性和慢性伤口方面具有重要的临床应用价值。未来的研究应致力于优化纳米颗粒配方，并开展临床试验以验证其在人体应用中的安全性和有效性。

引言

在现代医学领域，伤口愈合依然是一个挑战。不同临床情况下，伤口愈合的病因和病理生理机制可能存在差异。伤口愈合可分为三种类型：一期愈合、二期愈合和三期愈合。由于伤口边缘干净且紧密对合，一期愈合的愈合速度更快，例如手术切口即为典型的一期愈合案例[1]。而在二期愈合中，伤口边缘无法紧密对合，需要先形成肉芽组织才能实现愈合，因此其愈合时间比一期愈合更长。三期愈合则是由于感染导致伤口愈合延迟，此时会故意让伤口保持开放状态，以控制污染或降低感染风险。这种状况会干扰伤口愈合的各个阶段，即止血、炎症反应、细胞增殖和组织重塑。感染会延长炎症阶段，延缓细胞增殖和组织重塑的进程，最终阻碍伤口的正常闭合与修复[2]。

胸腺醌（2-异丙基-5-甲基-1,4-苯醌）是药用植物黑种草中的主要活性成分。黑种草是一种传统医学中广泛使用的草药，具有多种药用功效。近年来，研究人员对胸腺醌的研究兴趣日益浓厚，已发现其具有多种重要治疗作用。胸腺醌具有多种药理活性，包括抗癌、抗炎、神经保护、护肝、护心、抗氧化、降糖、抗菌以及促进伤口愈合等作用[3]。其伤口愈合能力源于其抗炎、抗菌、抗氧化作用，以及能够促进胶原合成、成纤维细胞增殖、肉芽组织形成、伤口收缩和上皮再生等功能[4]。此前有一项使用大鼠烧伤模型进行的研究也证明了胸腺醌具有显著的伤口愈合潜力，显示出其在促进组织修复和恢复方面的有效性[5]。

胸腺醌属于疏水性物质，其水溶性较差，导致皮肤渗透性较低，这限制了其作为有效的局部用药用于伤口愈合的潜力[3]。而纳米颗粒的应用则有助于克服这一局限。由于体积小、表面积大，药物纳米颗粒具有更高的溶解度和更好的生物利用度。此外，它们还能穿透肺部系统、穿过血脑屏障，并通过紧密的内皮细胞连接被皮肤吸收[6]。有一项针对兔子的研究证实了氧化锌纳米颗粒具有抗菌活性，尤其是对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌有效，同时还具备伤口愈合功能[7]。Sammar等人使用了从锦葵花提取物中制备并涂覆壳聚糖的氧化锌纳米颗粒，研究发现这类纳米颗粒能显著促进糖尿病大鼠的伤口愈合[8]。聚乙二醇可以通过增加纳米颗粒之间的空间距离，并通过能与溶剂形成氢键的醚键结构提升其亲水性，从而减少纳米颗粒之间的相互吸引力。聚乙二醇化还能改变纳米颗粒的尺寸[9]。此外，聚乙二醇化还能减少疏水相互作用，提高疏水性化合物在水中的分散性。在之前的研究中，Mahnoor等人合成了PEG-ZnO纳米颗粒，并证明了其具有抗菌效果、生物相容性以及潜在的抗肿瘤活性[10]、[11]。

本研究旨在利用大鼠模型——一种用于检测治疗性伤口愈合药物的经典模型——来评估TQ-ZnO纳米颗粒的伤口愈合性能。研究重点在于将胸腺醌的治疗作用与氧化锌纳米颗粒的多功能优势相结合，探索二者协同作用在促进组织修复方面的潜力[12]、[13]。据我们所知，这是首次研究TQ-ZnO纳米颗粒在体内对伤口愈合的影响，为相关领域的研究做出了重要贡献。实验设计全面考察了对伤口愈合至关重要的各项指标，包括上皮化、炎症反应、纤维增生、新生血管形成以及胶原沉积[14]。这些因素有助于了解组织再生的进展情况。除了组织病理学评估外，研究还采用了定量实时PCR技术等分子分析方法，检测与炎症、组织重塑和细胞增殖相关的基因表达情况，这些都是伤口愈合过程中的关键环节[15]。在不同时间点进行的组织病理学评估可以观察组织形态、上皮层恢复情况、炎症细胞浸润程度、成纤维细胞活性、血管生成情况以及胶原沉积状况，而胶原则是提供结构支撑的重要细胞外基质成分。通过结合细胞和分子层面的分析，该研究深入揭示了TQ-ZnO纳米颗粒如何影响伤口修复机制。

这项研究凸显了TQ-ZnO纳米颗粒作为伤口护理领域具有前景的治疗方案的潜力。它们的协同作用或许能为治疗慢性伤口及愈合缓慢的伤口提供新的解决方案。我们的研究结果有望为相关临床应用奠定基础，比如开发局部用药产品，进而进一步拓展纳米医学在组织再生和伤口管理领域的应用前景。

章节节选

TQ-ZnO纳米颗粒的合成与表征

为了合成TQ-ZnO纳米颗粒，研究人员采用了湿化学法。首先制备1%的淀粉溶液，将其煮沸10分钟。随后向煮沸的淀粉溶液中加入一定量的六水合硝酸锌。另外单独配制0.2?M的氢氧化钠溶液，在持续搅拌的情况下逐渐加入上述混合物中。反应混合物继续搅拌4小时，以确保纳米颗粒顺利形成，之后不再进行干扰。

TQ-ZnO纳米颗粒的表征

通过扫描电子显微镜对所合成颗粒的表面形貌和尺寸进行了检测。这些TQ-ZnO纳米颗粒存在两种形貌：长棒状和立方体状。两者都分布较为均匀，几乎没有聚集现象。通过扫描电子显微镜的图像测定了这些纳米颗粒的尺寸，结果显示其直径分别为120–150?nm和70–90?nm，平均尺寸则是通过相关计算得出的。

讨论

本研究旨在合成胸腺醌衍生的氧化锌纳米颗粒，并探究其在大鼠模型中的伤口愈合应用效果。通过对这些纳米颗粒进行扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、紫外光谱以及能量色散X射线光谱分析，研究了其物理化学性质。此外，为了降低其疏水性，研究人员还对它们进行了聚乙二醇化处理。疏水性对于提升药物的渗透能力具有重要意义，因为它可以通过增加水和脂质在膜中的分配比例来促进药物渗透。

结论

本研究证明了胸腺醌偶联氧化锌纳米颗粒在促进大鼠模型伤口愈合方面的治疗潜力。研究结果表明，这类纳米颗粒能够显著促进伤口愈合的关键过程，包括上皮化、胶原沉积、新生血管形成以及纤维增生。这些效果得益于胸腺醌和氧化锌纳米颗粒的协同作用，二者共同调节炎症反应、促进成纤维细胞活性并刺激血管生成。通过组织学和分子生物学分析……

作者贡献说明

Meenakshi Sundaram Kishore Kumar：可视化分析、结果验证、研究监督、软件应用、资源协调、项目管理、方法设计、实验实施、正式数据分析、数据整理、概念构思。Taniya Mary Martin：文章撰写——审稿与编辑、文章撰写——初稿撰写、可视化分析、结果验证、软件应用、资源协调、方法设计、实验实施、正式数据分析、数据整理。Jabir Padathpeedika Khalid：文章撰写——审稿与编辑、文章撰写——初稿撰写、可视化分析、软件应用、资源协调。

资金支持

本研究未获得任何机构的财政资助。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

我们感谢印度泰米尔纳德邦金奈市602 105号的Saveetha牙科学院及Saveetha医学与技术科学研究院，感谢他们为这项研究提供了必要的设施支持。