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浙江大学彭丽华/吴琛团队 AFM:无线智能热电凝胶协同工程化人参外泌体重构仿生电场与血管再生信号加速难愈性溃疡愈合
2025-03-03  来源:高分子科技

  糖尿病溃疡是糖尿病患者截肢和死亡的主要原因之一,给治疗带来了重大挑战。生物内源性电场和生长因子是促进伤口愈合的两大因素。其中,生物内源性电场由细胞离子通道不对称分布介导Na+和Cl-的定向运输而形成,可以精准引导上皮细胞和成纤维细胞的迁移;与此同时,生长因子经血管运输到伤口部位刺激内皮细胞形成新血管。然而在难愈性糖尿病溃疡微环境中,严重的电解质丢失会导致伤口内源性电场缺失,紊乱的糖代谢和氧化应激损伤会引起血管内皮功能障碍,进而导致生长因子分泌不足。


  电刺激是促进伤口愈合的有效手段,先后发展了:电刺激基于外部电源结合金属电极;基于自供电层结合导电材料;利用小型电源与柔性电子敷料集成等传统手段与现代策略。这些方案虽被用于临床治疗或重塑伤口电场的创新研究,然而多数体系缓慢或不可降解,输出电场方向各异,难以准确模拟伤口内源性电场且生物相容性难以实现临床需求。另一方面,局部使用重组生长因子,如VEGF,仍是目前促进伤口血管生成的主要策略,但生长因子蛋白不仅成本高、稳定性相对较低、存在潜在生物风险,且难以逆转代谢紊乱下的内皮损伤与功能障碍。


  针对以上瓶颈问题,基于团队前期系列研究,浙江大学彭丽华吴琛团队最新报道了一种装载新型血管靶向中药(人参)外泌体的无线智能热电水凝胶药物敷料,协同重建伤口仿生电场并释放血管生成生物信号,用于加速难愈性糖尿病溃疡的创面愈合与血管重建。



  相关工作以“Wireless Thermoelectric Hydrogel Recreates Biomimetic Electric Field and Angiogenic Signal Accelerating Diabetic Ulcer Repair”为题发表在《Advanced Functional Materials》(IF:18.5)期刊上。该论文的第一作者为浙大医工交叉博士生谈旻鸿,通讯作者为浙江大学药学院彭丽华教授和材料科学与工程学院吴琛教授。
无线热电水凝胶的设计基于光交联甲基丙烯酰化透明质酸和聚醚F127二丙烯酸酯作为形状适应性生物可降解基质。通过水凝胶内部羧基的静电吸附作用构建显著的“阳离子陷阱”效应,然后将提供迁移离子的氯化钠电解质和提供光热反应的吲哚青绿进一步引入到水凝胶中,即可利用温差原位产生无线定向电场。


1. 无线热电水凝胶的制备表征及其利用“阳离子陷阱效应”产生智能定向电场。


  血管靶向人参外泌体被进一步装载在热电水凝胶中构成无线智能热电敷料。该敷料不仅能够利用热电效应重建定向电场以模拟伤口内源性电场,还通过控释血管靶向中药外泌体,精准靶向病变的内皮细胞,持续逆转高糖环境中的内皮功能障碍,促进血管新生与功能重建。


2. 血管靶向人参外泌体的制备表征与无线智能热电水凝胶药物敷料的构建及评价


  通过将血管靶向人参外泌体装载在无线热电水凝胶中构建的智能热电药物凝胶应用于糖尿病小鼠溃疡模型,不仅能显著促进糖尿病溃疡的再上皮化、真皮形成,同时能显著加速血管新生、重构,及胶原蛋白的有序新生,多角度共同促进溃疡局部肉芽组织的再生与创面的快速修复。


3. 无线热电智能水凝胶药物敷料重构仿生电场促难愈性糖尿病溃疡再上皮化和真皮形成


4. 无线热电智能水凝胶药物敷料促糖尿病溃疡血管与肉芽组织新生


  利用单细胞技术深度解析了通过激活转录因子PPARg介导的胶原基质重塑、血管再生和炎症免疫调节等过程是可穿戴智能热电外泌体敷料促进糖尿病溃疡组织再生的关键分子机制之一。


5. 无线热电智能水凝胶药物敷料促进糖尿病溃疡愈合的分子机制


  本研究提出了一种利用光-热-电级联效应构建无线无源电场,并复合工程化中药外泌体,构建电信号-生物信号集成的仿生治疗体系的新策略,并通过应用于难愈性溃疡的治疗进行了概念验证,不仅为外泌体的自身工程化修饰与联合智能生物材料构建外泌体智能制剂提供了新策略与科学依据,也为热电材料应用于生物医药构建智能穿戴式药械提供了新思路与技术依据。人参外泌体被证明作为一种新型纳米中药与天然载体,在器官与组织再生修复领域具有广阔的应用与转化前景。


  论文信息:

  Wireless Thermoelectric Hydrogel Recreates Biomimetic Electric Field and Angiogenic Signal Accelerating Diabetic Ulcer Repair.Advanced Functional Materials2025, 2425610. 

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202425610

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(责任编辑:xu)
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