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西安交大郭保林教授团队 Adv. Mater.:具有自切换类酶活性的葡萄糖激活程序化水凝胶用于感染糖尿病伤口的自适应治疗
2025-02-18  来源:高分子科技

  糖尿病在全球范围内影响着超过4.63亿人的健康,而糖尿病足溃疡作为其最严重的并发症之一,直接导致了患者截肢率和死亡率的增加。糖尿病患者由于血糖调节机制的失效,常常面临细菌感染、细胞氧化应激和血管损伤等问题,这些问题共同作用导致慢性伤口愈合延迟。在糖尿病伤口的微环境中,活性氧(ROS)对抗菌治疗至关重要,且控制在适当的浓度范围内可以促进血管生成和细胞外基质重塑,但其过量产生又会导致修复过程细胞外基质合成紊乱和细胞因子功能障碍,形成恶性循环。鉴于糖尿病伤口复杂的微环境,如何实现在创面感染阶段产生ROS抗菌和修复阶段选择性清除ROS缓解氧化应激的双向调节,在最大限度地提高糖尿病创面愈合速度和修复质量方面极具挑战性。


图1 葡萄糖激活程序化水凝胶用于感染糖尿病伤口愈合的示意图。


  近期,西安交通大学前沿科学与技术研究院郭保林教授团队设计了一种程序化水凝胶(CPAN─AMP),水凝胶由苯硼酸改性壳聚糖(CP)、疏水性2-硝基咪唑(NI)改性海藻酸钠(AN)和苯硼酸修饰Au-MoS2纳米酶(AMP)组成。通过在MoS2纳米酶表面原位沉积Au纳米粒子,进一步通过Au-S键对Au-MoS2纳米酶表面修饰苯硼酸,构建了一种具有多种酶样活性纳米酶AMP。缺氧敏感的2-硝基咪唑诱导两亲性AN在水相中自发卷曲形成微胶囊用于包裹胰岛素,可以在低氧条件下实现胰岛素按需输送。CP通过硼酸酯键、静电力和氢键将上述两种功能组分交联以制备CPAN-AMP水凝胶。在高血糖环境中,CPAN-AMP通过催化葡萄糖氧化产生ROS来杀死细菌。在葡萄糖氧化后加剧的缺氧环境中,两亲性AN中疏水性硝基咪唑被体内生物还原反应转化为亲水性氨基咪唑,扰乱微胶囊的亲水性-疏水性平衡,实现按需释放胰岛素。在正常血糖环境中,CPAN-AMP通过自切换类抗氧化酶活性释放氧气抑制缺氧敏感微胶囊的结构转变,缓解组织缺氧。


图2 水凝胶的类酶活性和智能胰岛素释放。


  综上所述,这项研究通过开发一种新型的葡萄糖激活自切换类酶活性水凝胶,实现了对糖尿病慢性伤口的适应性治疗。这种水凝胶根据血糖浓度变化适应性激活不同生物学功能的类酶活性,以动态反馈方式调节机体血糖水平,从而确保伤口愈合有序进行。这项工作为糖尿病伤口适应性护理提供了新思路和方法。


  该工作以“Glucose-Activated Programmed Hydrogel with Self-Switchable Enzyme-Like Activity for Infected Diabetic Wound Self-Adaptive Treatment为题发表在《Advanced Materials》上(DOI:10.1002/adma.202419158)。文章第一作者是西安交通大学前沿科学技术研究院助理教授杨雨桐博士和硕士研究生方青青,通讯作者为西安交通大学前沿科学技术研究院郭保林教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、世界一流大学(学科)和中央高校特色发展指导基金以及中央高校基本科研业务费专项的共同支持。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202419158

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(责任编辑:xu)
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