以蚯蚓作为初步替代模型，评估水杨醛亚胺配体及其镍(II)配合物作为伤口愈合材料的性能

《Inorganic Chemistry Communications》：Assessment of a salicylaldimine ligand and its Ni(II) complex as wound healing materials using an earthworm as a preliminary alternative model

　　

Ahmed B.M. Ibrahim|S. Mark Roe|Fatma El-Zahraa A. Abd El-Aziz

沙特阿拉伯利雅得11623，伊玛目穆罕默德·本·萨乌德伊斯兰大学科学学院化学系

摘要

2-羟基苯甲醛与苯肼反应生成了一种席夫碱配体“HL”，该配体与氯化镍(II)反应形成了复合物C（单斜晶系，P1 21/n 1）。在該复合物中，两种配体通过氧原子（酚氧基）和氮原子（亚胺基）以单齿双配位方式形成键合。由于蚯蚓具有类似人类皮肤的上皮层等基本结构，因此可作为研究组织再生的有效模型。本研究将Aporrectodea caliginosa蚯蚓分为四组，每组15只。对照组（I）为健康的未受伤蚯蚓，而其他组则为受伤蚯蚓。第（II）、（III）和（IV）组的受伤蚯蚓分别用凡士林、配体HL加凡士林以及复合物C加凡士林进行处理。结果显示，第（IV）组蚯蚓的伤口愈合速度最快，这充分证明了复合物C作为伤口愈合材料的优异效果。实际上，该复合物能在5天内使伤口完全愈合，而第II组和第III组蚯蚓的愈合时间分别为21天和10天。扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析表明，该复合物有助于表皮重塑、增加细胞外基质沉积并形成类血管结构，进一步证明了其作为先进伤口愈合及再生医学应用候选物的潜力。

引言

皮肤作为人体最大的器官，起着保护屏障的作用，维持生理平衡。皮肤损伤会破坏这一屏障，增加感染风险并延缓组织修复[1]。伤口愈合是一个高度调控的过程，包括炎症、增殖和重塑阶段，这些阶段共同作用以恢复组织完整性[2]、[3]。然而，慢性伤口仍是医疗领域面临的重大挑战，这就需要更安全、更有效的治疗药物[4]。可靠的生物模型对于评估伤口愈合效果至关重要。包括Eisenia fetida、Aporrectodea caliginosa和Lumbricus castaneus在内的蚯蚓，可作为初步研究伤口愈合的实用且符合伦理的替代模型[5]、[6]。它们的表皮含有与人类皮肤相似的甾醇[7]。此外，有研究表明蚯蚓组织提取物和体腔液能够改善动物模型中的伤口愈合、胶原蛋白合成、血管生成以及抗炎反应[8]、[9]。使用蚯蚓也符合3R原则，可减少对哺乳动物实验的依赖[10]。除了伤口愈合研究外，由于其再生能力和保守的防御机制，蚯蚓还被广泛用于毒理学和生物医学研究[11]。先前的研究已经证明，蚯蚓对多种环境污染物敏感，包括农药、重金属、溴化化合物、微塑料和纳米颗粒[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。此外，蚯蚓半管试验已被提出作为评估皮肤腐蚀的替代方法[24]，而源自蚯蚓的鞍因子则通过组织再生机制展现出伤口愈合潜力[25]。其在显微外科训练和实验性组织研究中的应用也得到了验证[26]。近年来，伤口愈合生物材料方面的进展，如响应型纳米复合材料、基于MXene的水凝胶以及多功能治疗系统，进一步为促进组织再生、控制感染以及改善传统和替代生物模型中的愈合效果提供了更多可能[27]、[28]、[29]。在各种新兴策略中，基于金属的化合物因能够调节与组织再生和愈合相关的生物途径而展现出巨大潜力[30]。

镍是地壳中自然含量排名第24位的元素，它是多种有机合成催化剂（如氧化反应和烯烃聚合反应）的组成部分[31]、[32]。由于独特的化学性质以及在母乳、核酸以及多种酶（如NiFe氢化酶、乙酰辅酶A脱羧酶/合成酶、脲酶、甲基辅酶M还原酶、亚甲基二尿素酶、CO脱氢酶、乙酰丙酮二氧酶以及多种超氧化物歧化酶和乙醛酸酶）中的生物学必要性，镍是一种具有药用价值的3d元素。此外，镍还有助于肾上腺素/葡萄糖的代谢、DNA的分解、健康红细胞的生成以及铁的吸收[33]、[34]、[35]、[36]。尽管镍对植物、微生物和动物而言只需微量即可发挥重要作用，而且文献中也报道了镍复合物作为潜在药物的生物活性（例如，Ni(II)-氨基二硫代磷酸盐可作为抗S. aureus/抗S. haemolyticus的药物[37]），但目前尚无基于镍的商业药物，且关于其生物应用的研究大多仅停留在基础实验室测试阶段[38]。总体而言，镍的配位化学能够生成结构多样（如单核和多核）且几何构型各异（如四面体、平面正方形和八面体）的复合物，这类复合物非常适合用于抗菌和抗氧化等生物活性，而这些生物活性对于有效的伤口愈合至关重要[39]、[40]、[41]。

在可用于形成配合物的各种配体中，席夫碱因其简单的合成方法以及形成稳定金属配合物的强大能力而被广泛研究[42]。席夫碱是一种含有亚胺基（–C=N–）的配体，该亚胺基是由伯胺与含羰基的化合物反应生成的[43]。席夫碱在生物学和结构科学中发挥着重要作用，许多席夫碱具有有助于伤口愈合的生物特性[44]。水杨醛亚胺是2-羟基苯甲醛与伯胺缩合而成的产物，属于一类具有灵活结构的席夫碱配体，它们能与金属形成具有可调控氧化还原性质、磁性和光谱特性的复合物[45]、[46]。因此，金属水杨醛亚胺具有高效的氧化和不对称催化作用，还可用于形成液晶以及多种超分子结构[47]、[48]、[49]。

鉴于已有研究表明某些镍复合物具有潜在的治疗应用价值，且席夫碱通常具有出色的生物活性[38]、[43]、[50]，本研究旨在评估通过苯肼与2-羟基苯甲醛缩合而成的水杨醛亚胺配体——即2-(2-羟基苯亚甲基)-1-苯肼（HL）及其对应的镍(II)复合物（C）的伤口愈合效果。本研究报道了该镍(II)复合物的合成过程及其X射线晶体结构，并证实镍与该配体的结合能够提升其在促进伤口愈合方面的治疗效果。这些发现为开发更有效的伤口愈合药物提供了有力依据。因此，本研究重点在于合成并表征这种镍水杨醛亚胺复合物，同时以Aporrectodea caliginosa作为体内替代模型来评估其伤口愈合潜力。通过宏观观察、组织学分析和超微结构分析，对比了该复合物与相应配体及对照处理组的伤口修复效果。

章节节选

材料与方法

苯肼和2-羟基苯甲醛这两种试剂购自Sigma-Aldrich，用于合成HL[51]。所有溶剂均为高纯度产品，可直接用作制备溶剂或记录用溶剂。非金属元素（碳、氢和氮）的元素分析则是使用由elementar Analysensysteme GmbH（德国）生产的vario EL III燃烧分析仪进行的。此外，还测量了复合物C溶液的电导率。

合成与光谱信息

在制备出配体[51]后，将其与六水合氯化镍(II)在乙醇中反应，从而得到了复合物C。该复合物通过在二氯甲烷中结晶可快速获得高纯度产物（产率约为89%）。该复合物可溶解于多种溶剂中，如冷氯仿、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺以及热二氯甲烷和乙醇，且在数月时间内不会出现明显分解现象，这表明其稳定性极高。此外，该复合物还表现出

结论

本研究报道了一种镍水杨醛亚胺化合物的合成过程，并通过X射线衍射技术分析了其晶体结构。由于Aporrectodea caliginosa蚯蚓对环境和化学变化较为敏感，且成本较低，同时在使用上更具伦理优势，因此被选作初步的替代生物模型。实验结果表明，复合物C能显著缩短伤口愈合时间，相比凡士林处理组21天的愈合时间，

CRediT作者贡献说明

Ahmed B.M. Ibrahim：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，研究，正式分析。S. Mark Roe：写作——审阅与编辑，验证，正式分析。Fatma El-Zahraa A. Abd El-Aziz：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，验证，研究，正式分析。

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财务利益或个人关系。

Ahmed B.M. Ibrahim是沙特阿拉伯伊玛目穆罕默德·本·萨乌德伊斯兰大学科学学院以及埃及阿苏特大学理学院的无机化学副教授。他于2015年在德国马尔堡菲利普斯大学获得博士学位，其研究方向主要为无机材料的合成（主要是配位化合物和配位聚合物）以及研究这些材料的潜在应用价值。Ibrahim博士还参与了多项研究的共同撰写工作