糖尿病患者的皮肤一旦受到损伤，极易被细菌感染形成感染的糖尿病伤口，难以愈合。感染的糖尿病伤口部位的高浓度葡萄糖水平可以诱导内皮细胞损伤和细胞器功能障碍，阻碍新生血管形成，从而引发了一连串反应，导致感染糖尿病伤口形成复杂的微环境。感染糖尿病伤口的复杂微环境形成往往会引发炎症级联反应产生过量的活性氧，导致反复细菌感染和细菌生物膜的形成，使得内皮细胞和上皮细胞大量凋亡，从而阻碍血管生成和组织重建。因此，加速感染糖尿病伤口愈合往往需要协同促进血管生成、清除过量活性氧、消除细菌和生物膜以调节伤口微环境。

  外源性电刺激可以增强内源性电场以调节伤口微环境，从而加速感染性糖尿病患者的伤口愈合。作为一种自供电器件，压电纳米发电机具有成本低、便携、灵活和非侵入性等特点，可以放置在患者身上或伤口附近，将机械能转化为电刺激，从而调节伤口微环境。微针贴片可以透伤口结痂和细菌生物膜等物理屏障，将负载的各种功能物质（例如药物、纳米颗粒和金属有机框架）输送到受感染的糖尿病伤口处，以改善伤口微环境。由于感染的糖尿病伤口具有复杂的伤口微环境，因此，将压电纳米发电机和多功能的微针贴片相结合，可以有效地协同调节感染的糖尿病伤口微环境，加速感染的糖尿病伤口愈合。

  近日，东南大学生物科学与医学工程学院葛丽芹教授课题组和中大医院重症医学科刘玲教授合作，设计了一种多功能自供电微针贴片用于促进感染的糖尿病伤口愈合。制备的压电纳米发电机作为自供电装置收集机械能转化为电能，通过导电的微针贴片将电刺激传递到伤口部位。制备的多功能微针贴片具有优异的黏附性能、抗氧化性能、止血性能、促血管生成性能、抗菌和抗细菌生物膜性能。通过微针贴片和电刺激的协同作用可以调节伤口微环境，从而促进感染的糖尿病伤口愈合。

  在这项工作中，该课题组致力于设计一种集成负载GDZ纳米颗粒的多功能微针贴片（GDZ@mMNP）和压电纳米发电机（PENG）的多功能自供电微针贴片（GDZ@mMNP-PENG），用于调节伤口微环境，从而加速感染的糖尿病伤口愈合。首先，通过静电纺丝工艺制备了具有压电性能的聚偏二氟乙烯-钛酸钡（PVDF-BT）纳米纤维膜，然后通过层层组装技术将压电PVDF-BT膜组装成PENG。然后，通过一步法制备负载去铁胺（DFO）的ZIF-8纳米颗粒（DZ NPs），再在DZ NPs表面负载上没食子酸（GA）形成具有抗氧化、抗菌、促血管生成性能的GDZ纳米颗粒。接下来，通过两步工艺制备GDZ@mMNP微针贴片。

  首先，将GDZNPs、导电聚合物甲基丙烯酰明胶-聚吡咯（GelMA-PPy）、交联剂PEGDA和光引发剂LAP超声分散到GelMA溶液中，通过光交联得到负载GDZNPs的导电水凝胶微针针尖。然后将GelMA-PPy溶液、GDZNPs分散液和透明质酸-多巴胺（HA-DA）溶液依次沉积，制备了负载GDZNPs的导电微针衬底。自供电的PENG可以将生物力学转化为电刺激，以促进感染的糖尿病伤口修复。GDZ@mMNP可以破坏细菌生物膜，将GDZ NPs传递到酸性感染的糖尿病伤口部位。在酸性微环境下释放的Zn²⁺和GA使GDZ@mMNP具有优异的抗菌性能和抗菌膜性能。由于含有丰富的酚羟基，GDZ@mMNP具有良好的组织粘附性、止血和抗氧化性能。体外实验表明，GDZ@mMNP-PENG通过将PENG产生的电刺激与GDZ@mMNP释放的DFO和Zn²⁺结合，可以明显促进细胞的增殖和迁移。更重要的是，体内实验表明GDZ@mMNP-PENG可通过下调炎症因子表达抑制炎症反应、上调血管生成因子表达促进血管生成、促进表皮重建和胶原再生等多种机制调节伤口微环境，加速感染糖尿病伤口愈合。同时，GDZ@mMNP-PENG主要由天然生物聚合物构成，对主要器官无明显损伤，具有良好的体内生物相容性。

  此外，通过蛋白质组学分析证明了GDZ@mMNP-PENG可以下调金黄色葡萄球菌感染和中性粒细胞胞外陷阱的形成，上调AMPK信号通路和HIF-1信号通路，消除细菌和炎症，促进血管生成，重塑细胞外基质。总之，这项工作将电刺激治疗与多功能微针贴片相结合，为糖尿病感染伤口的修复提供了潜在的临床应用。

  该研究论文以“Multifunctional microneedle patch synergized with electrical stimulation to regulate microenvironment for enhanced healing of infected diabetic wounds”为题于2025年1月在《Chemical Engineering Journal》上发表，东南大学博士生李维坤为第一作者，葛丽芹教授和刘玲教授为该论文共同通讯作者。

  原文链接: Weikun Li, Xin Tan, Yanling Liang, Nuoya Chen, Diyi Feng, Yinghua Tao, Tao Liu, Xiaojing Wu, Huiqing Lu, Ling Liu, Feiling Feng, and Liqin Ge. Multifunctional microneedle patch synergized with electrical stimulation to regulate microenvironment for enhanced healing of infected diabetic wounds.  Chemical Engineering Journal, 2025, 159255.

  DOI: 10.1016/j.cej.2025.159255

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159255