随着糖尿病的发病率持续上升，糖尿病创面的患病率不断上升，其中糖尿病足溃疡的5年死亡率约为50%，甚至高于癌症死亡率。糖尿病创面常伴有微生物感染、活性氧（ROS）积累、出血和渗出液管理不善，导致其愈合困难。创面敷料具有治疗方案简单、可减轻患者疼痛和经济负担等优点被广泛用于临床治疗的研究，然而传统敷料不足以调节感染性糖尿病创面的复杂病理生理微环境，且临床使用过量抗生素会加剧细菌耐药性的发生，进一步增加治疗的难度。针对以上挑战，亟需设计兼具良好抗菌效果、抗氧化、快速止血和渗出液清除能力的多功能创面敷料，对感染性糖尿病创面治疗具有重要意义。

  刘润辉教授课题组长期从事模拟多肽的高分子材料研究，致力于解决因耐药菌感染导致的各种疾病难题。在前期的研究中，刘润辉教授课题组提出从抗菌机理角度设计用于治疗耐药菌感染的β-氨基酸聚合物的策略，通过以打破多肽聚合物的手性改变多肽聚合物抗菌机理为设计思路，发现了具有广谱高效抗耐药菌活性、不易产生耐药性和良好生物安全性的多肽聚合物βLys₅₀HG₅₀ (Sci. Adv. 9, eabn0771 (2023); DOI : 10.1126/sciadv.abn0771)。

图1. 用于糖尿病创面愈合潜在应用的多功能性水凝胶薄膜敷料设计策略示意图。

  本研究通过使用广泛应用于组织工程领域的四臂聚乙二醇（4-arm-PEG）和单宁酸（TA）设计了一种可喷涂-蒸发制备的动态交联水凝胶薄膜敷料，通过负载β-氨基酸聚合物制备了具有高效抗菌活性、抗氧化、止血和渗出液清除能力的水凝胶薄膜敷料（图1）。4-arm-PEG的氨基和醛基之间的希夫碱动态化学键以及TA和PEG链之间的氢键相互作用构建了水凝胶敷料的双网络结构，赋予其良好的组织粘附和机械性能；βLys₅₀HG₅₀的掺入赋予水凝胶敷料广谱高效抗耐药菌活性；TA作为FDA批准的天然多酚赋予水凝胶敷料良好活性氧清除能力。在感染性糖尿病创面模型中，该敷料能高效清除创面组织中的活性氧积累和渗出液，并降低创面组织中的细菌负荷和提高创面愈合率，其治疗效果甚至优于临床治疗指南创面敷料Prontosan (B. Braun)。此外，该敷料可以通过良好的创面粘附和快速液体吸收能力，在肝脏急性出血模型中实现15秒内快速止血，有效减少伤口出血量，优于临床使用的止血海绵Merocel (Medtronic)，并在治疗完成后可按需室温下无痛移除。本研究为促进感染性糖尿病创面的愈合和临床管理提供了一种极具潜力的治疗选择。

  2025年7月21日，该研究成果以“Facile fabrication of antioxidative and antibacterial hydrogel films to accelerate infected diabetic wound healing”为题发表在Bioactive Materials (Bioact. Mater. 2025, 53, 386-403; DOI : 10.1016/j.bioactmat.2025.07.026)。

图2.水凝胶薄膜敷料的的基本性能表征（机械性能，组织粘附性，稳定性和吸水溶胀性）。

  本研究首先通过4-arm-PEG的氨基和醛基之间的希夫碱动态化学键以及TA和PEG链之间的氢键相互作用构建了水凝胶薄膜敷料的双网络结构，赋予其良好的组织粘附和机械性能。制备的水凝胶薄膜便于储存和剪裁以适用于不规则几何形状的创面，且在溶胀前后表现出良好的光学透明度。该薄膜敷料可吸收超过自身重量1200%的液体，并在多种生理pH条件下保持较好的稳定性，缓慢降解（图2）。

图3. 负载β-氨基酸聚合物（βLys₅₀HG₅₀）水凝胶薄膜敷料（PG-TA-P）的微观结构和敷料中的βLys₅₀HG₅₀释放及生物安全性分析。

  为了使水凝胶薄膜敷料具备抗菌性能，本研究引入了刘润辉教授课题组在前期的研究中发现的具有广谱高效抗耐药菌活性、不易产生耐药性和良好生物安全性的β-氨基酸聚合物βLys₅₀HG₅₀，构建了负载β-氨基酸聚合物的水凝胶薄膜敷料PG-TA-P。扫描电子显微镜结果表明吸水溶胀前薄膜敷料表面呈现出纳米级空腔的陨石坑状微观结构，在溶胀断裂面呈现均匀分布的交联网络形貌（支持信息），有利于氨基酸聚合物快速扩散和交换和其抗菌性能；能谱表征表明βLys₅₀HG₅₀在薄膜中的均匀分布；X射线光电子能谱也证实了动态席夫碱交联的形成和βLys₅₀HG₅₀的成功负载。此外，水凝胶薄膜敷料中的βLys₅₀HG₅₀表现出酸性条件下触发的缓慢释放（图3）。

图4.PG-TA-P水凝胶薄膜的体外抗菌性能。

  得益于β-氨基酸聚合物βLys₅₀HG₅₀具有高效广谱的抗菌活性，PG-TA-P水凝胶薄膜敷料对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和大肠杆菌（E. coli）具有良好的体外抗菌效果。细菌的活死染色结果表明，PG-TA-P几乎完全杀死了环境中的细菌；定量菌落计数结果表明，与PBS对照组相比，PG-TA-P处理后的MRSA数量减少了4.75个log值，E. coli减少5.13个log值。此外，扫描电子显微镜图像显示，经PG-TA-P水凝胶薄膜处理后，MRSA和E. coli的细菌细胞膜发生严重收缩和破坏（图4）。

图5. 水凝胶薄膜的抗氧化能力

  进一步对PG-TA-P水凝胶薄膜的抗氧化性能进行研究，结果表明，PG-TA-P均可有效清除ROS自由基如2,2-二苯基-1-三硝基肼自由基（DPPH）和羟基自由基，清除率分别高达92.89 ± 2.08 %和92.28%±3.42%。细胞活性氧清除实验结果表明，脂多糖（LPS）刺激显著增加了巨噬细胞胞内的ROS水平，而PG-TA-P可显著清除巨噬细胞ROS。过氧化氢损伤的成纤维细胞迁移实验结果表明，PG-TA-P可有效抑制过氧化氢对细胞造成的氧化损伤，促进细胞迁移。活体荧光成像系统和激光扫描共聚焦显微镜的活性氧成像结果表明，与生理盐水和Prontosan (B. Braun)相比，PG-TA-P在治疗后24小时后显着降低创面组织中的ROS水平（图5）。以上结果表明，PG-TA-P可有效清除体内/体外的ROS，进一步有效阻止ROS在巨噬细胞炎症信号传导中的关键作用，有利于创面的愈合。

图6. 水凝胶薄膜PG-TA-P的体内的止血性能。

  PG-TA-P水凝胶薄膜在肝脏急性出血模型中展现出良好的止血能力，未治疗的对照组出现严重出血，出血量高达482.27 ± 25.83 mg。PG-TA-P治疗显著减少了出血量，仅为84.48 ± 6.79 mg，远小于商业止血海绵Merocel的出血量229.63 ± 18.78 mg；PG-TA-P还实现了15秒内快速止血，优于临床使用的止血海绵Merocel (Medtronic)。凝血酶原时间（PT）、活化部分凝血活酶时间（APTT）、凝血酶时间（TT）和纤维蛋白原水平（FIB）等凝血重要参数表明PG-TA-P能够同时激活内源性和外源性凝血途径，促进凝血。此外PG-TA-P水凝胶薄膜不仅在外力作用下表现出良好的组织粘附性能，而且在止血完成后可按需室温下从肝脏创面中无痛移除（图6）。

图7. 评估PG-TA-P水凝胶膜治疗小鼠感染性糖尿病创面的潜力。

  PG-TA-P水凝胶薄膜敷料在小鼠感染性糖尿病创面模型中展现出出色的体内治疗效果。与生理盐水相比，使用PG-TA-P治疗后显着降低了创面中MRSA负荷（减少了3.8个log值），优于临床使用的创面凝胶Prontosan（减少3.2 log CFU）；革兰氏染色结果表明，PG-TA-P处理和Prontosan治疗后创面中的MRSA负荷显着降低，表明PG-TA-P可以高效清除创面中的细菌感染。在治疗9天后，PG-TA-P显着促进了创面的愈合，愈合率达到90.65 ± 1.51%，明显高于生理盐水对照（66.60 ± 7.80%）和临床使用的创面凝胶Prontosan（79.46 ± 5.15%）。组织学分析表明，PG-TA-P治疗后的创面组织中具有更厚的肉芽组织和更多的胶原沉积，并实现了创面组织的完整再上皮化（图7）。这些结果表明，PG-TA-P通过增强再上皮化、肉芽组织形成和ECM再生，显著加速了感染的糖尿病创面愈合。

图8. 免疫组化染色评估创面愈合过程中的炎症反应。

  通过免疫组化染色对不同治疗组的创面炎症反应进行了评估。与生理盐水治疗相比，PG-TA-P治疗后的创面组织中的白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）具有更低的表达水平；而作为组织再生和新生血管形成的关键生物标志物，PG-TA-P治疗后的创面组织中α-SMA表达水平高于Prontosan和生理盐水组。这些结果表明，PG-TA-P水凝胶薄膜敷料在小鼠感染性糖尿病创面治疗中具有减轻炎症负荷、促进成纤维细胞再生以促进胶原沉积和细胞外基质重塑、促进新血管形成的性能，可加速感染性糖尿病创面愈合。

  华东理工大学材料科学与工程学院博士生张昊东是该论文的第一作者，华东理工大学刘润辉教授、河北医科大学第三医院陈伟教授和中国海洋大学于良民教授是论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。

  论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X25003196.