DOI: https://doi.org/10.1186/s42825-025-00225-6
تاريخ النشر: 2026-01-04
المؤلف: Hongyu Jin وآخرون
الموضوع الرئيسي: شفاء الجروح والعلاجات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة شاملة على الهيدروجيل القائم على الكولاجين كضمادات جروح واعدة، مع تسليط الضوء على نشاطها البيولوجي، توافقها الحيوي، وقابليتها للتحلل البيولوجي. تلعب هذه الهيدروجيل دورًا حاسمًا في مراحل مختلفة من شفاء الجروح، بما في ذلك التجلط، الالتهاب، التكاثر، وإعادة تشكيل الأنسجة. تشمل الآليات التي تسهل بها الهيدروجيل القائم على الكولاجين الشفاء توفير المغذيات، تعديل السيتوكينات (مثل CD34، bFGF، CTGF)، تنشيط مسارات الإشارة (مثل TGF-β/Smad و PI3K/Akt/mTOR)، وتعزيز تخليق المصفوفة خارج الخلوية (ECM)، وخاصة الكولاجين. تعزز هذه الإجراءات مجتمعة إغلاق الجروح من خلال تسريع التجلط، تقليل الالتهاب، تعزيز تكاثر الخلايا الليفية، مساعدة تكوين الأوعية الدموية، وتسهيل تشكيل الأنسجة الحبيبية وإعادة تكوين الظهارة.
على الرغم من مزاياها، تواجه انتقال الهيدروجيل القائم على الكولاجين من البحث في المختبر إلى التطبيق السريري تحديات، بما في ذلك الحاجة إلى نماذج حيوانية أكثر تمثيلًا والقضايا المتعلقة بالقدرة على التوسع وإعادة الإنتاج. تقترح المراجعة التركيز على تطوير طرق صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة لاستخراج الكولاجين وتخليقه، بالإضافة إلى استكشاف البدائل الحيوية التي قد تقدم مزايا في الإنتاج الضخم وتقليل ردود الفعل التحسسية. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسليط الضوء على الهيدروجيل الهجينة القائمة على الكولاجين، التي يمكن أن تضم مكونات وظيفية متنوعة، لإمكاناتها في تعزيز النتائج العلاجية. تم تحديد دمج تقنيات التحضير المبتكرة، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد/أربعة الأبعاد وأنظمة توصيل الجينات، كاتجاه واعد للبحث المستقبلي، بهدف إنشاء ضمادات هيدروجيل متعددة الوظائف مصممة لتلبية احتياجات شفاء الجروح المحددة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القضية الصحية العالمية الكبيرة التي تطرحها الجروح الناتجة عن أسباب متنوعة، بما في ذلك الحروب، الكوارث الطبيعية، والإجراءات الجراحية. وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC)، يعاني حوالي 62% من الأفراد في جميع أنحاء العالم من إعاقة أو وفاة بسبب النزيف غير القابل للتحكم من الجروح. تبلغ نسبة انتشار الجروح المزمنة غير الشافية في السكان الأمريكيين حوالي 2%، ومن المتوقع أن يصل السوق لإدارة الجروح المتقدمة إلى 18.7 مليار دولار بحلول عام 2027، مما يبرز الحاجة الملحة لاستراتيجيات فعالة لإدارة الجروح. عملية شفاء الجروح معقدة، تشمل أربع مراحل متداخلة: التجلط، الالتهاب، التكاثر، وإعادة تشكيل الأنسجة، كل منها يتميز بأنشطة خلوية معينة وجزيئات إشارة تسهل إصلاح الأنسجة.
يؤكد النص على الدور الحاسم لضمادات الجروح في تعزيز الشفاء من خلال توفير حاجز واقي، والحفاظ على توازن الرطوبة، وتعزيز هجرة الخلايا. من بين أنواع الضمادات المختلفة، اكتسبت الهيدروجيل شهرة بسبب محتواها العالي من الماء، توافقها الحيوي، وقدرتها على محاكاة المصفوفة خارج الخلوية. تقدم الهيدروجيل الطبيعية، المستمدة من الجزيئات الكبيرة مثل الكولاجين والبوليسكاريد، مزايا مثل القابلية للتحلل البيولوجي وانخفاض المناعية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لرعاية الجروح. أظهرت الهيدروجيل القائمة على الكولاجين، على وجه الخصوص، فعالية كبيرة في تسريع شفاء الجروح وتُبرز كمواد مثالية للبحث والتطبيقات السريرية المستقبلية. تهدف هذه المراجعة إلى استكشاف الخصائص الهيكلية وآليات الشفاء للهيدروجيل القائم على الكولاجين بشكل منهجي، مع معالجة الفجوات الموجودة في الأدبيات وتقديم رؤى لتحسين استخدامها في إدارة الجروح.
مناقشة
تسلط المناقشة حول ضمادات الهيدروجيل القائمة على الكولاجين الضوء على أهميتها في شفاء الجروح، خاصة من خلال قدرتها على الحفاظ على بيئة رطبة، تسهيل هجرة الخلايا، وتوصيل العوامل العلاجية. تتشكل هذه الهيدروجيل بشكل أساسي عبر تقنيات الربط المتقاطع، التي يمكن تصنيفها إلى طرق فيزيائية، كيميائية، وديناميكية. يعتمد الربط المتقاطع الفيزيائي على التفاعلات غير التساهمية، مما يسمح بتكوين الجل بشكل عفوي دون الحاجة إلى عوامل إضافية، بينما يتضمن الربط المتقاطع الكيميائي تفاعلات تساهمية تعزز القوة الميكانيكية ولكن قد تتطلب عوامل سامة. يدمج الربط المتقاطع الديناميكي فوائد كلا الطريقتين، مما يتيح تفاعلات قابلة للعكس تستجيب للمؤثرات الخارجية، وبالتالي تقدم خصائص مثل الشفاء الذاتي واستعادة الشكل.
تصنيف الهيدروجيل القائم على الكولاجين إلى أنواع نقية وهجينة أمر ضروري، حيث يؤثر مصدرها على فعاليتها في شفاء الجروح. يلعب الكولاجين، كونه البروتين الأكثر وفرة في الثدييات، دورًا حاسمًا في تنظيم سلوك الخلايا وتعزيز إصلاح الأنسجة. يظهر الجيلاتين، وهو مشتق من الكولاجين، وببتيدات الكولاجين أيضًا أنشطة حيوية كبيرة تعزز شفاء الجروح من خلال آليات متنوعة، بما في ذلك تعديل السيتوكينات وتنشيط مسارات الإشارة. يهدف دمج المواد الاصطناعية والطبيعية في الهيدروجيل الهجينة إلى التغلب على قيود الأنظمة ذات المكون الواحد، مما يعزز الخصائص الميكانيكية والقدرات الوظيفية. يبرز النجاح التجاري للهيدروجيل القائم على الكولاجين، كما يتضح من المنتجات المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء، إمكاناتها في تعزيز حلول رعاية الجروح.
DOI: https://doi.org/10.1186/s42825-025-00225-6
Publication Date: 2026-01-04
Author(s): Hongyu Jin et al.
Primary Topic: Wound Healing and Treatments
Overview
The section provides a comprehensive overview of collagen-based hydrogels as promising wound dressings, highlighting their biological activity, biocompatibility, and biodegradability. These hydrogels play a crucial role in various stages of wound healing, including hemostasis, inflammation, proliferation, and remodeling. The mechanisms by which collagen-based hydrogels facilitate healing involve the provision of nutrients, modulation of cytokines (e.g., CD34, bFGF, CTGF), activation of signaling pathways (such as TGF-β/Smad and PI3K/Akt/mTOR), and promotion of extracellular matrix (ECM) synthesis, particularly collagen. These actions collectively enhance wound closure by accelerating hemostasis, reducing inflammation, promoting fibroblast proliferation, aiding angiogenesis, and facilitating granulation tissue formation and re-epithelialization.
Despite their advantages, the transition of collagen-based hydrogels from laboratory research to clinical application faces challenges, including the need for more representative animal models and issues related to scalability and reproducibility. The review suggests a focus on developing environmentally friendly and cost-effective methods for collagen extraction and synthesis, as well as exploring biosynthetic alternatives that may offer advantages in mass production and reduced allergic reactions. Additionally, hybrid collagen-based hydrogels, which can incorporate various functional components, are highlighted for their potential to enhance therapeutic outcomes. The integration of innovative preparation technologies, such as 3D/4D printing and gene delivery systems, is identified as a promising direction for future research, aiming to create multifunctional hydrogel dressings tailored for specific wound healing needs.
Introduction
The introduction highlights the significant global health issue posed by wounds resulting from various causes, including war, natural disasters, and surgical procedures. According to the Centers for Disease Control and Prevention (CDC), approximately 62% of individuals worldwide experience disability or death due to uncontrollable bleeding from wounds. The prevalence of chronic unhealed wounds in the American population is about 2%, and the projected market for advanced wound management is expected to reach $18.7 billion by 2027, underscoring the urgent need for effective wound management strategies. The wound healing process is complex, involving four overlapping phases: hemostasis, inflammation, proliferation, and remodeling, each characterized by specific cellular activities and signaling molecules that facilitate tissue repair.
The text emphasizes the critical role of wound dressings in promoting healing by providing a protective barrier, maintaining moisture balance, and enhancing cellular migration. Among various types of dressings, hydrogels have gained prominence due to their high water content, biocompatibility, and ability to mimic the extracellular matrix. Natural hydrogels, derived from macromolecules such as collagen and polysaccharides, offer advantages like biodegradability and low immunogenicity, making them particularly suitable for wound care. Collagen-based hydrogels, in particular, have demonstrated significant efficacy in accelerating wound healing and are highlighted as ideal materials for future research and clinical applications. This review aims to systematically explore the structural characteristics and healing mechanisms of collagen-based hydrogels, addressing existing gaps in the literature and providing insights for optimizing their use in wound management.
Discussion
The discussion on collagen-based hydrogel dressings highlights their significance in wound healing, particularly through their ability to maintain a moist environment, facilitate cell migration, and deliver therapeutic agents. These hydrogels are primarily formed via crosslinking technologies, which can be categorized into physical, chemical, and dynamic methods. Physical crosslinking relies on non-covalent interactions, allowing for spontaneous gel formation without additional agents, while chemical crosslinking involves covalent reactions that enhance mechanical strength but may require toxic agents. Dynamic crosslinking merges the benefits of both methods, enabling reversible interactions that respond to external stimuli, thus offering properties like self-healing and shape recovery.
The classification of collagen-based hydrogels into pure and hybrid types is essential, as their source influences their wound healing efficacy. Collagen, being the most abundant protein in mammals, plays a crucial role in regulating cellular behavior and promoting tissue repair. Gelatin, a derivative of collagen, and collagen peptides also exhibit significant bioactivities that enhance wound healing through various mechanisms, including cytokine modulation and signaling pathway activation. The integration of synthetic and natural materials into hybrid hydrogels aims to overcome the limitations of single-component systems, enhancing mechanical properties and functional capabilities. The commercial success of collagen-based hydrogels, evidenced by FDA-approved products, underscores their potential in advancing wound care solutions.