腹部损伤后的细菌感染和过度炎症可引起危及生命的并发症，导致多器官衰竭和死亡。目前通过手术、液体复苏和感染控制来治疗腹部创伤的策略不足以应对严重病例。迫切需要新的方法来迅速减轻炎症和感染，以预防严重腹部创伤后的并发症。

图1：水凝胶的合成和作为伤口敷料应用于治疗腹部创伤的示意图

   (A)用凝胶形成的氧化硫酸软骨素、阳离子聚乙烯亚胺和氨基糖苷类抗生素制备水凝胶。(B)作为治疗腹部创伤的伤口敷料，阳离子水凝胶清除阴离子促炎分子，如无细胞DNA(cfDNA)，以及阴离子细菌，通过促进巨噬细胞从促炎症表型(M1)转化为组织修复表型(M2)，预防感染和减轻炎症。

图2：阳离子水凝胶的表征

    (A-C)水凝胶的激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)图像。(D-F)扫描电子显微镜(SEM)图像。Tob/OCS(A和D)、PEI/OCS(B和E)和Tob/PEI/OCS(C和F)，Tob/PEI/OCS凝胶由于其更大的氨基丰度和交联密度而拥有最密集、最紧密的网络。(G)水凝胶的储能模量和损耗模量。(H)剪切速率为1-100 rad s^-1时水凝胶的黏度变化。随着剪切速率增加，水凝胶黏度急剧下降。(I)Tob/OCS和Tob/PEI/OCS水凝胶在pH值为5.0或者7.4时的Tob释放曲线。 Tob/PEI/OCS水凝胶由于席夫碱的断裂和静电相互作用，表现出pH依赖性降解和释放行为。(J)通过使三个水凝胶块接触来测试水凝胶的自愈能力；这些区块形成了一个单一的水凝胶，在拉伸时保持完整。

图3：阳离子水凝胶清除促炎分子和细菌

   (A–D)培养12小时后，(A)TNF-α，(B)CpG，(C)LPS和(D)HMGB1的水凝胶结合效率。在这三种水凝胶中，Tob/PEI/OCS凝胶对TNF-α、CpG、LPS和HMGB1结合效率最高。(E–F)在37°C下培养2小时后水凝胶的表面抗菌活性。阳离子水凝胶杀死所有细菌。(G)大肠杆菌和(H)金黄色葡萄球菌在与水凝胶孵育24小时期间的生长曲线。与缺乏抗生素的PEI/OCS凝胶相比，Tob/OCS和Tob/PEI/OCS凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性更强。(I)96小时水凝胶对细菌的抑制热图。(J–L)在不存在或存在水凝胶的情况下，CpG激活HEK-Blue TLR9报告细胞，LPS激活HEK-Blue TLR4报告细胞，以及CpG激活Raw 264.7巨噬细胞。所有水凝胶都减少了CpG诱导的TLR9激活，水凝胶还阻断了LPS诱导的TLR4激活，并减少了CpG和LPS刺激的RAW 264.7细胞产生的TNF-α分泌。

图4：Tob/PEI/OCS水凝胶通过清除血液循环中的促炎因子，保护小鼠免受严重腹部创伤后的并发症和死亡

   (A)盲肠结扎和穿刺(CLP)导致的严重腹部创伤示意图。(B)CLP后监测小鼠存活168小时(7天)(每组13只小鼠)。经Tob/OCS凝胶治疗的小鼠中有7只存活，经PEI/OCS凝胶治疗的小鼠中有8只存活，而经Tob/PEI/OCS凝胶治疗的13只小鼠均存活。(C)CLP后168小时(7天)小鼠的临床评分。Tob/PEI/OCS凝胶治疗组的得分最低。(D-F)CLP后24小时测定血清TNF-α(D)、IL-6(E)和cfDNA(F)水平(每组6只小鼠)。Tob/PEI/OCS凝胶治疗组小鼠的血清TNF-α和IL-6水平低于其他治疗组。

图5：Tob/PEI/OCS水凝胶可预防CLP所致腹部创伤后的多器官衰竭

(A)CLP后24小时，取心、肝、脾、肺、肾和结肠，用HE染色。箭头表示器官损伤。(B-D)根据既定标准评估相应的肝脏(B)、肾脏(C)和心脏(D)损伤分数。水凝胶治疗显著改善了心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏和结肠的损伤，包括防止坏死、组织破坏和白细胞浸润。(E-G)分析血清生化指标ALT(E)、CRE(F)、CK(G)。水凝胶逆转了CLP诱发的小鼠血清丙氨酸转氨酶(ALT)、肌酐(CRE)、肌酸激酶(CK)水平的升高。

图6：严重腹部创伤后，Tob/PEI/OCS水凝胶将腹腔巨噬细胞从M1极化为M2

  (A-C)CLP后24小时腹腔灌洗液中(A)cfDNA、(B)TNF-α和(C)IL-6的腹膜水平。(D-E)在CLP后24小时收集腹腔巨噬细胞，并通过流式细胞术评估腹腔液中(D)M1和(E)M2巨噬细胞的百分比。(F-H)RT-PCR分析(F)TNF-α、(G)iNOS和(H)Arg-1的基因表达。未经治疗的CLP诱导的腹部创伤与腹腔巨噬细胞中M1极化标记物TNF-α和iNOS的增加以及M2极化标记物Arg-1的减少有关。相比之下，Tob/PEI/OCS凝胶治疗显著逆转了模型组的mRNA表达趋势。表明Tob/PEI/OCS水凝胶通过调节腹腔巨噬细胞具有抗炎活性。

图7：水凝胶在CLP诱导的腹部创伤后表现出抗菌活性

   (A)菌落图像。(B–C)CLP后24小时，不同治疗组小鼠血清和腹腔(PC)中的细菌CFU。CLP激发的小鼠在感染部位(腹腔)和全身(血液中)的细菌数量均增加。用Tob/OCS和Tob/PEI/OCS凝胶处理去除或杀死了大多数细菌，证明了含Tob的OCS水凝胶在体内的抗菌效果。

【总结】

   文章通过希夫碱反应合成了由PEI、Tob和 OCS组成的阳离子水凝胶。这种阳离子水凝胶清除阴离子促炎分子(DAMP和PAMP)和细菌，并提供抗生素，并在盲肠结扎和穿刺严重腹部创伤小鼠模型中防止多器官损伤和死亡。单次水凝胶给药可获得100%的存活率，并且具有良好的生物降解性和生物安全性。