西南交大周绍兵教授、向韬副教授团队 AHM：通过轻度热刺激促进免疫调节和血管生成的复合水凝胶加快糖尿病伤口全过程愈合

2024-03-27 来源：高分子科技

糖尿病伤口愈合的中断和受损是由多种因素造成的，表现为持续的炎症状态和长期的微循环障碍。因此，通过纠正伤口微环境，将伤口从慢性炎症转化为正常愈合级联的抗氧化、抗炎和血管重建治疗有望加速糖尿病伤口愈合。目前，具有免疫调节和促进血管生成特性的生物活性水凝胶敷料在治疗糖尿病伤口方面具有重大潜力。然而，敷料的治疗效果始终依赖于有副作用的药物、昂贵的细胞因子和细胞疗法，开发一种加速糖尿病伤口各个阶段修复的平价且智能的水凝胶敷料仍然是挑战。

针对上述挑战，西南交通大学周绍兵教授、向韬副教授团队提出了一种具有光热特性的新型动态硼酸酯键交联复合多功能水凝胶敷料，用于调节糖尿病伤口部位的微环境，加速伤口愈合的整个过程。该水凝胶由苯基硼酸改性壳聚糖和苯基硼酸透明质酸（HA）通过硼酸与单宁酸（TA）交联组成，并在聚合物网络中嵌入具有光热响应特性的普鲁士蓝纳米粒子（PBNPs）。通过硼酸酯键、TA和PBNPs的综合作用，水凝胶显示出广谱抗氧化活性。同时，结合HA对巨噬细胞表型的调节，糖尿病伤口的炎症微环境发生了转变。此外，PBNPs的温和光热效应还能促进血管生成，继而促进上皮化和胶原沉积。总之，这种复合水凝胶系统通过抗氧化应激、免疫调节和促进血管生成，加速了伤口修复的各个阶段，在糖尿病伤口管理中显示出巨大的应用潜力。这项研究成果以“Hybrid Hydrogels for Immunoregulation and Pro-angiogenesis through Mild Heat Stimulation to Accelerate Whole-process Diabetic Wound Healing”为题发表在《Advanced Healthcare Materials》杂志上。文章第一作者为西南交通大学郭倩如和尹天宇，通讯作者为周绍兵教授和向韬副教授。该课题得到了国家自然科学基金、四川省科技计划和中央高校基本科研业务费等的资助和支持。

图1. a) QHT@PBNPs水凝胶的制备示意图。b) QHT@PBNPs水凝胶在糖尿病伤口愈合中清除ROS、调节炎症和血管生成的治疗机制。

图2 光热效应和RONS清除评估。a) 不同PBNPs浓度（0.1、0.2 和 0.3 mg mL^-1）的QHT@PBNPs水凝胶在0.5 W cm^-2激光照射下的温升曲线。b) 当PBNPs浓度为0.1 mg mL^-1时，QHT@PBNPs水凝胶在不同近红外功率密度（0.25、0.5和0.75 W cm^-2）照射下的温度上升曲线。c) QHT@PBNPs水凝胶在三个激光开关周期内的温度变化曲线。d) 不同PBNPs浓度的QHT@PBNPs水凝胶在808纳米激光照射下10分钟的近红外热图像。e) 不同近红外功率密度（0.25、0.5和0.75 W cm-²）的QHT@PBNPs水凝胶在808纳米激光照射下10分钟的近红外热图像。f) H₂O₂,g) ·OH, h) ·O₂^-, i) DPPH和ABTS⁺^·的清除能力。k) QHT@PBNPs清除RONS的示意图。

图3 水凝胶治疗糖尿病伤口愈合的体内评估。a) 水凝胶治疗糖尿病伤口的疗程示意图。b) 不同水凝胶处理伤口在第0、3、7、10和14天愈合的b) 代表性照片和c) 轨迹。d) 伤口闭合过程中伤口收缩的定量分析。e) 第7天和第14天伤口组织的H&E染色图像和g) MTC染色图像。f) 第7天和第14天的表皮厚度和h) 胶原累积的定量分析。

图4 a) 用DHE探针检测伤口处的ROS水平；b) 第3天和第7天CD86（红色）和CD206（绿色）的免疫荧光染色图像；c) 第3天IL-10和TNF-α的免疫荧光染色图像；d-g) 第3天ROS含量、M2/M1比率、IL-10和TNF-α的相对定量分析。

图5水凝胶的体内血管再生能力。a) HIF-1α，c) VEGF和e) α-SMA的免疫荧光染色图像；b) HIF-1α，d) VEGF和f) α-SMA的统计分析；g) CD31的免疫组化图像；h) CD31的统计分析。

该工作是团队近期关于智能水凝胶材料在组织修复的最新进展之一。在过去的几年中，该团队着眼于材料的物理化学结构设计、表面改性及功能化设计，探索研究了智能水凝胶、形状记忆薄膜等智能材料在糖尿病皮肤修复（Bioact. Mater. 2023, 20, 561-573; Adv. Healthc. Mater. 2024, 13, 2301885）、盐响应柔性传感器（J. Mater. Chem. A 2021, 9 (2), 1048-1061）、可逆黏附剂（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13 (30), 36574-36586）、柔性致动器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13 (1), 1463-1473）、可视化血管支架（J. Mater. Chem. B 2020, 8 (35), 8061-8070）等领域的应用。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202304536

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（责任编辑：xu）

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