华科大刘国辉教授团队 ACS Nano：导电水凝胶激发中性粒细胞胞外捕获器对抗伤口细菌感染

2025-03-07 来源：高分子科技

目前，治疗感染性伤口是临床医学的一大挑战。严重感染的伤口不仅会延迟伤口愈合，严重影响患者健康，还可能导致伤口化脓、红肿、剧痛，甚至引起全身症状和败血症，增加截肢风险。随着抗生素耐药性的增加，此类伤口的治疗难度也在不断增加。水凝胶是一种具有三维分子网络结构的生物医学聚合物，它能提供与 ECM 相似的湿润环境，在药物输送、植入和组织工程方面有多种应用。因此，使用水凝胶模拟组织的 ECM 并创造导电的局部微环境，可以为难治性伤口提供一种新的治疗策略。

近期，华中科技大学同济医学院附属协和医院刘国辉教授团队开发了一种新型导电水凝胶 EF@S-HGM，用于治疗感染伤口。其主要成分包括 Ac-β-CD、明胶、单壁碳纳米管（SWCNT）、N-甲酰基-Met-Leu-Phe（FMLP）和内皮细胞生长补充剂（ECGS）。这种水凝胶具有导电性，可利用生物微电场加速伤口愈合。通过释放趋化因子 FMLP，该水凝胶能有效招募中性粒细胞并增强 NETosis，从而对抗微生物病原体。同时，水凝胶还能促进内皮细胞增殖和血管生成，改善感染伤口的愈合。此外，团队还验证了 EF@S-HGM 水凝胶优异的生物相容性和抑菌能力。团队探索了 EF@S-HGM 水凝胶如何诱导中性粒细胞-激活 GR 衰老通路以促进中性粒细胞凋亡。EF@S-HGM 水凝胶易于原位注射给药，具有优异的机械性能，这也为今后的临床应用提供了便利（图1）。

该工作以“Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds”为题发表在《ACS Nano》上（DOI: 10.1021/acsnano.4c14487）。文章第一作者是华中科技大学欧阳理直博士，共同通讯作者为刘国辉教授、米博斌教授、孙云主任和刘梦飞医生。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图1. EF@S-HGM 水凝胶的制备及其促进感染伤口愈合的机制。

本研究的核心创新点之一在于巧妙利用伤口的天然电场环境。通过SWCNT的导电特性，水凝胶将内源性电场转化为定向细胞迁移的驱动力，突破了传统材料导电性不足的局限。这种“生物电协同”策略不仅加速了细胞募集，还通过微电流刺激激活了多种修复相关信号通路，为组织再生提供了动态微环境（图2）。

图2. EF@S-HGM 水凝胶可诱导中性粒细胞迁移并形成 NET。

另一亮点在于揭示了EF@S-HGM调控中性粒细胞功能的新机制。研究发现，该水凝胶通过激活糖皮质激素受体（GR）衰老途径，诱导中性粒细胞衰老并增强NETosis。衰老的中性粒细胞高表达CXCR4并低表达CD62L，产生更多活性氧（ROS），从而显著提升抗菌能力。这一发现为免疫调控型材料的设计提供了全新视角，首次将电场刺激与GR通路调控相结合，实现了对感染微环境的精准干预（图3）。

图3. EF@S-HGM 水凝胶通过 GR 衰老途径促进 NETosis。

图4. EF@S-HGM 水凝胶可促进体内感染性伤口的愈合。

这项研究开发的EF@S-HGM 水凝胶为感染性伤口的临床治疗提供了一种全面的策略，有望推动导电生物材料在伤口护理和再生医学领域的广泛应用。

原文链接：

Lizhi OuYang¹, Ze Lin¹, Xi He¹, Jiaqi Sun¹, Jiewen Liao, Yuheng Liao, Xudong Xie, Weixian Hu, Ruiyin Zeng, Ranyang Tao, Mengfei Liu^*, Yun Sun^*, Bobin Mi^*, Guohui Liu^*. Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds. ACS Nano. 2025 Mar 3.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14487

下载：Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds

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（责任编辑：xu）

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