Two-Dimensional Mg?Si Nanosheet-Enabled Sustained Hydrogen Generation for Improved Repair and Regeneration of Deeply Burned Skin

二維Mg2Si納米片實現持續產氫，提高深度燒傷皮膚修復和再生

來源：Advanced Healthcare Materials

 

 

摘要核心內容

 

本研究開發了一種基于二維硅化鎂納米片（MSN）的殼聚糖/透明質酸水凝膠敷料（MSN@CS/HA），用于深度燒傷皮膚的修復與再生。MSN在生理條件下可持續釋放氫分子（約1周），通過以下機制加速傷口愈合：  

直接激活皮膚細胞：清除活性氧（ROS），促進角質形成細胞（HaCaT）、成纖維細胞（HSF）和內皮細胞（HMEC-1）的增殖與遷移。  

 

免疫調節：誘導巨噬細胞M1向M2表型極化，增強抗炎因子Arg1和促血管生成因子VEGF的表達。  

 

血管生成：通過上調CCL2信號通路促進血管新生，減少纖維化，實現無瘢痕皮膚再生。  

 

研究目的

 

解決傳統氫療法（如吸入氫氣、注射富氫鹽水）的局限性——氫分子半衰期短、局部濃度低，開發一種能持續釋放高劑量氫分子的生物相容性敷料，以優化深度燒傷愈合效果。  

 

研究思路

材料設計：  

 

通過超聲剝離法合成二維MSN納米片（厚度≈0.8 nm）。  

 

將MSN封裝于CS/HA水凝膠中形成功能性敷料。  

功能驗證：  

 

體外：測試MSN的氫釋放動力學、細胞相容性及促血管生成能力。  

 

體內：建立小鼠深度燒傷模型，對比敷料組與對照組的傷口閉合、血管新生及炎癥調控效果。  

機制探索：  

 

通過RNA測序、Western blot等技術解析氫分子調控巨噬細胞極化（M1→M2）及CCL2/VEGF信號通路的機制。  

 

測量數據、來源圖表及研究意義

氫釋放動力學  

 

數據：MSN@CS/HA在pH 5.0–8.0的PBS中可持續釋氫約7天。  

來源：圖1d（氫釋放曲線）。  

 

意義：證實材料在傷口pH動態變化環境下的長效釋氫能力。  

皮膚穿透性  

 

數據：氫分子可穿透2 mm厚豬皮，8小時后濃度達52 μM。  

 

來源：圖1f（穿透實驗裝置及結果）。  

 

意義：驗證局部給藥的可行性，確保氫分子滲透至深層傷口。  

傷口閉合與血管新生  

 

數據：MSN@CS/HA組第7天傷口閉合率提高40%，血管密度（CD31?）增加2倍。  

 

來源：圖2b（傷口尺寸統計）、圖4（免疫熒光染色）。  

 

意義：證明敷料通過促血管生成加速愈合，減少纖維化。  

巨噬細胞極化  

 

數據：M2巨噬細胞比例增加3倍（CD206?），VEGF表達上調50%。  

 

來源：圖6（流式/免疫熒光）、圖5（Western blot）。  

 

意義：揭示氫分子通過CCL2介導的M2極化促進血管新生。  

細胞活化  

 

數據：MSN清除ROS效率提高80%，內皮細胞管狀結構形成數量增加2.5倍。  

 

來源：圖3（ROS檢測、管形成實驗）。  

 

意義：明確氫分子直接激活皮膚細胞的機制。  

 

結論

材料創新：MSN@CS/HA首次實現長達7天的持續氫釋放，突破傳統氫療法的時效限制。  

 

治療優勢：  

 

加速深度燒傷愈合，減少炎癥浸潤，促進毛囊再生。  

 

通過CCL2上調→M2極化→VEGF分泌→血管新生通路協同作用，實現無瘢痕再生。  

臨床潛力：材料降解產物（Mg2?、SiO?2?）生物相容性高，具備轉化前景。  

 

丹麥Unisense微電極測量數據的詳細解讀

 

技術原理與實驗設計

設備特性：Unisense氫微電極專用于檢測溶解氫分子，靈敏度達1 μM，可實時監測動態變化。  

 

關鍵實驗：  

體外釋氫動力學（圖1d）：將MSN@CS/HA浸入不同pH緩沖液（5.0–8.0），實時記錄氫濃度。  

 

皮膚穿透實驗（圖1e-f）：構建模擬裝置，將敷料與2 mm豬皮貼合，檢測氫分子穿透后的累積濃度。  

 

研究意義

量化長效釋氫能力：  

 

電極數據直接證實MSN在生理pH范圍內的超持久釋氫特性（持續7天），覆蓋傷口愈合全程（傳統材料<60小時）。  

 

關鍵數據：pH 5.0環境下，MSN@CS/HA的氫釋放速率比pH 8.0時快1.8倍，但仍維持>6天的持續釋放（圖1d），證明其對傷口pH動態變化的適應性。  

驗證局部遞送效率：  

 

穿透實驗顯示氫分子可快速穿透完整皮膚屏障（52 μM@8 h），濃度達治療閾值（>25 μM）。  

 

生物學關聯：該濃度與后續體內抗炎效果（圖6中TNF-α下降40%）和血管密度提升（圖4c血管數量增加2倍）直接對應。  

機制關聯性證據：  

 

持續釋氫曲線（圖1d）與血管新生時間窗（圖3f顯示6小時為管形成峰值）高度匹配，解釋為何MSN@CS/HA組在燒傷早期（≤7天）即顯效（圖2b）。  

 

52 μM穿透濃度（圖1f）與細胞遷移實驗（圖3d-e）中氫分子最佳激活濃度（50–100 μM）一致，為"局部高濃度氫激活皮膚細胞"提供實證。  

 

技術優勢與局限

優勢：  

 

高靈敏度實時監測，避免傳統氣相色譜法的滯后性。  

 

穿透實驗裝置模擬真實皮膚屏障，數據更具臨床參考價值。  

 

局限：  

 

無法區分組織內氫分布梯度（如真皮 vs. 表皮）。  

 

需定制化設備，操作門檻較高。  

 

核心價值：Unisense電極數據是連接材料性能（長效釋氫）與生物效應（加速愈合）的關鍵橋梁，為新型氫療法敷料的臨床轉化奠定技術基礎。