IF 13.2 一區(qū)：雙動態(tài)水凝膠：糖尿病傷口光療新時代

更新時間：2025-12-31

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在糖尿病傷口治療領(lǐng)域，傳統(tǒng)敷料如紗布、繃帶等功能單一，難以應對糖尿病傷口復雜的病理微環(huán)境。高血糖狀態(tài)易導致傷口持續(xù)感染、炎癥反應失衡、氧化應激加劇及血管生成受阻，這些因素相互交織，形成惡性循環(huán)，嚴重阻礙愈合進程。今天分享的文獻提出并構(gòu)建了一種基于表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、羧甲基殼聚糖（CMCS）和2-甲?；脚鹚幔?-FPBA）的新型雙動態(tài)共價交聯(lián)水凝膠敷料，該水凝膠不僅具備良好的力學性能（粘附、可注射、可塑形與自愈合）、pH響應性藥物釋放和近紅外光熱特性，還具有顯著的抗菌、抗氧化、抗炎和促血管生成活性；更為突出的是，該水凝膠能夠通過噴涂天然有機酸（如檸檬酸、水楊酸和維生素C）實現(xiàn)按需剝離，避免更換敷料時對傷口的二次損傷，從而在糖尿病小鼠全層皮膚缺損模型中有效促進傷口愈合，相關(guān)研究成果在Chemical Engineering Journal (IF=13.2, Q1) 上以題名為On-demand detachable adhesive hydrogel based on dual dynamic covalent cross-linked with NIR/pH dual-responsive properties for diabetic wound healing發(fā)表，下面小編帶大家看一下該研究的具體內(nèi)容。

CFE水凝膠的制備

該研究通過一鍋法快速構(gòu)建了基于雙動態(tài)共價交聯(lián)的粘附性水凝膠，其核心是利用羧甲基殼聚糖（CMCS）的氨基與2-甲?；脚鹚幔?-FPBA）的醛基形成希夫堿鍵，同時通過2-FPBA的硼酸基團與表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）的酚羥基形成硼酸酯鍵，從而形成雙重動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡；隨著EGCG含量的增加，水凝膠由淡黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樯钭厣?，結(jié)構(gòu)更為致密，且多種表征手段（SEM、UV-vis、FT-IR、XPS、1H NMR）均證實了這兩種動態(tài)鍵的成功構(gòu)建與均勻分布，為后續(xù)賦予水凝膠多重響應性與功能奠定了基礎(chǔ)。

CFE水凝膠的表征

作者團隊對水凝膠的力學與流變性能進行了系統(tǒng)表征。粘附性測試表明，水凝膠能牢固粘附于多種材料及濕態(tài)生物組織表面，其對豬皮的粘附強度隨EGCG含量增加而提升，可達17.51 kPa，顯著高于商用纖維蛋白膠。壓縮測試顯示，隨著EGCG比例增加，水凝膠能承受更高的應力（>90 kPa），這得益于動態(tài)共價鍵網(wǎng)絡的可逆重構(gòu)能力。流變學分析進一步證實，水凝膠表現(xiàn)出典型的類固體彈性行為（G' > G''），且其模量和結(jié)構(gòu)強度隨EGCG含量增加而增強；在交替應變循環(huán)測試中，水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的自愈合性能，其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)能在破壞后迅速恢復，這為材料在傷口處的長期穩(wěn)定貼合和通過注射進行微創(chuàng)填充應用提供了關(guān)鍵保障。

水凝膠光熱性能及抗菌活性

后續(xù)作者重點驗證了水凝膠的光熱性能及其對抗菌活性的增強作用。結(jié)果顯示，由于EGCG帶來的深棕色澤賦予了材料顯著的光熱轉(zhuǎn)換能力，水凝膠在808 nm近紅外光照射下能快速升溫，且升溫幅度隨EGCG含量及激光功率密度的增加而提高，并表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性；同時，光熱效應能加速EGCG從水凝膠中的釋放。在抗菌方面，水凝膠本身對革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄球菌、MRSA）和革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌、沙門氏菌）均表現(xiàn)出明顯的抑制效果，且抗菌活性隨EGCG含量增加而增強；更重要的是，結(jié)合近紅外光照射后，其抗菌效果得到極大提升，幾乎能殺滅測試菌種，掃描電鏡觀察也證實經(jīng)“水凝膠+NIR"處理的細菌形態(tài)發(fā)生嚴重損毀。這表明該水凝膠兼具內(nèi)在的抗菌能力與外部光熱協(xié)同殺菌功能，能有效應對糖尿病傷口易感染的難題。

水凝膠的體外抗氧化能力

接下來作者系統(tǒng)評估了水凝膠的體外抗氧化能力。通過DPPH和PTIO自由基清除實驗發(fā)現(xiàn)，水凝膠的自由基清除率隨EGCG含量增加而顯著提升，其中CSF1.4E2水凝膠對兩者的清除率分別高達95.1%和90.2%，這主要歸因于EGCG分子中密集的酚羥基所賦予的強大還原能力。在細胞層面，使用DCFH-DA探針檢測NIH-3T3細胞內(nèi)活性氧（ROS）水平的結(jié)果表明，與水凝膠提取物共培養(yǎng)后，由Rosup或H?O?誘導產(chǎn)生的過量ROS被有效清除，熒光強度隨EGCG含量增加而快速減弱；流式細胞術(shù)定量分析進一步證實，CSF1.4E2處理組細胞的ROS陽性率較低（僅4.97%）。這些結(jié)果共同證明了該水凝膠能有效緩解氧化應激，為改善糖尿病傷口中因高糖和感染導致的ROS過度累積的病理微環(huán)境提供了關(guān)鍵功能。

水凝膠的體外抗炎活性

而后作者繼續(xù)深入評估了水凝膠的體外抗炎活性。在脂多糖（LPS）和干擾素-γ（IFN-γ）刺激的RAW 264.7巨噬細胞炎癥模型中，水凝膠能有效抑制關(guān)鍵促炎因子TNF-α和IL-1β的表達，且抑制效果隨EGCG含量增加而增強。更重要的是，通過流式細胞術(shù)與免疫熒光染色分析巨噬細胞表型發(fā)現(xiàn)，水凝膠處理能顯著降低促炎的M1型巨噬細胞（CD86+標志）比例，同時提高抗炎、促修復的M2型巨噬細胞（CD206+標志）比例，表明其能有效調(diào)控巨噬細胞從促炎表型向促愈合表型極化。這些結(jié)果共同證明，該水凝膠不僅能直接抑制炎癥介質(zhì)釋放，還能通過調(diào)節(jié)免疫細胞功能來逆轉(zhuǎn)糖尿病傷口中常見的持續(xù)性炎癥狀態(tài)，為創(chuàng)建有利于組織再生的微環(huán)境提供了關(guān)鍵機制。

水凝膠的生物相容性及促血管生成

該研究系統(tǒng)評估了水凝膠的體外細胞相容性及其對細胞增殖、遷移和血管形成的促進作用。細胞活性與增殖實驗表明，水凝膠提取物對NIH-3T3、RAW 264.7和HUVECs等多種細胞均顯示出良好的生物相容性，并能顯著促進細胞增殖，該效應隨EGCG含量增加而增強，且近紅外照射可進一步放大此效果。劃痕與Transwell遷移實驗證實，水凝膠能有效加速NIH-3T3和HUVECs的遷移過程，且遷移能力與EGCG含量呈正相關(guān)。尤為重要的是，體外血管形成實驗清晰顯示，CSF1.4E2水凝膠（特別是聯(lián)合NIR組）能顯著誘導人臍靜脈內(nèi)皮細胞形成更復雜、更長的管狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果綜合表明，該水凝膠不僅具備優(yōu)異的生物安全性，更能通過直接刺激細胞增殖、遷移及促血管生成等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為加速糖尿病傷口愈合的細胞學基礎(chǔ)提供了有力證據(jù)。

水凝膠在體內(nèi)促進再上皮化與組織重塑

該研究通過建立糖尿病小鼠全層皮膚缺損模型，在體內(nèi)驗證了水凝膠對傷口愈合的顯著促進作用。結(jié)果顯示，負載水凝膠的傷口在近紅外光照射下能實現(xiàn)精準、快速的局部升溫。宏觀觀察與傷口面積定量分析表明，經(jīng)CSF1.4E2水凝膠（尤其是聯(lián)合NIR照射組）處理的傷口，其愈合速度明顯快于對照組和商用敷料組，至第14天時傷口閉合率已超過90%。組織學分析（H&E和Masson染色）進一步揭示，水凝膠治療能促進更完整的上皮再生、形成更厚的肉芽組織，并誘導更豐富、更致密的膠原沉積。這些結(jié)果從整體療效到微觀結(jié)構(gòu)層面，共同證實了該水凝膠敷料能有效加速糖尿病傷口修復的關(guān)鍵進程，包括再上皮化、肉芽組織形成和細胞外基質(zhì)重塑。

水凝膠促進血管生成和抑制基質(zhì)過度降解

作者團隊隨后通過免疫熒光與蛋白質(zhì)印跡等手段，深入揭示了水凝膠在體內(nèi)促進糖尿病傷口血管生成、細胞增殖及調(diào)控細胞外基質(zhì)代謝的關(guān)鍵作用。結(jié)果顯示，經(jīng)水凝膠（尤其是CSF1.4E2組）處理的傷口組織中，促血管生成因子（HIF-1α、VEGF）、血管標志物（CD31）及血管周細胞標志物（α-SMA）的表達均顯著上調(diào)，且近紅外（NIR）照射能進一步強化此效應，證明其能有效促進新生血管網(wǎng)絡的形成。同時，細胞增殖標志物Ki-67表達顯著增加，而凋亡標志物Caspase-3和過度降解細胞外基質(zhì)的基質(zhì)金屬蛋白酶MMP2的表達則被明顯抑制。這些結(jié)果共同表明，該水凝膠能協(xié)同創(chuàng)造一個利于組織再生的微環(huán)境：通過促進血管化保障營養(yǎng)與氧氣供應，通過刺激細胞增殖并抑制凋亡來加速組織修復，并通過調(diào)控MMP2表達以維持細胞外基質(zhì)的穩(wěn)定沉積，從而多維度協(xié)同加速糖尿病傷口的愈合進程。

水凝膠多維度促愈合的分子機制

最后，作者團隊通過RNA測序技術(shù)從分子層面深入闡釋了水凝膠聯(lián)合近紅外光照射促進糖尿病傷口愈合的作用機制。主成分分析（PCA）清晰地顯示了治療組（CSF1.4E2+NIR）與對照組在基因表達譜上的顯著差異。差異表達基因（DEGs）分析表明，治療組共有798個基因發(fā)生顯著變化，其中513個上調(diào)，285個下調(diào)；熱圖進一步顯示，多個與皮膚修復相關(guān)的基因（如F2、Cdh16、Igfn1）被顯著激活。通路富集分析（KEGG）揭示，治療組中細胞粘附連接、細胞因子-細胞因子受體相互作用以及白細胞跨內(nèi)皮遷移等與維持皮膚完整性、促進增殖血管化和抑制炎癥密切相關(guān)的通路被顯著上調(diào)。同時，基因本體（GO）分析表明，在治療組中，涉及細胞與肌肉組織增殖、遷移、形態(tài)發(fā)生以及新基質(zhì)形成等對傷口愈合至關(guān)重要的生物學過程得到顯著富集。這些組學數(shù)據(jù)從系統(tǒng)水平證明，該水凝膠治療策略能夠通過協(xié)同調(diào)控多條關(guān)鍵信號通路與生物學過程，從促進修復、抑制炎癥和重塑微環(huán)境等多維度共同驅(qū)動糖尿病傷口的加速愈合。

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