西南交大周紹兵教授、向韜副教授團隊 AHM：通過輕度熱刺激促進免疫調節(jié)和血管生成的復合水凝膠加快糖尿病傷口全過程愈合

2024-03-27 來源：高分子科技

糖尿病傷口愈合的中斷和受損是由多種因素造成的，表現為持續(xù)的炎癥狀態(tài)和長期的微循環(huán)障礙。因此，通過糾正傷口微環(huán)境，將傷口從慢性炎癥轉化為正常愈合級聯的抗氧化、抗炎和血管重建治療有望加速糖尿病傷口愈合。目前，具有免疫調節(jié)和促進血管生成特性的生物活性水凝膠敷料在治療糖尿病傷口方面具有重大潛力。然而，敷料的治療效果始終依賴于有副作用的藥物、昂貴的細胞因子和細胞療法，開發(fā)一種加速糖尿病傷口各個階段修復的平價且智能的水凝膠敷料仍然是挑戰(zhàn)。

針對上述挑戰(zhàn)，西南交通大學周紹兵教授、向韜副教授團隊提出了一種具有光熱特性的新型動態(tài)硼酸酯鍵交聯復合多功能水凝膠敷料，用于調節(jié)糖尿病傷口部位的微環(huán)境，加速傷口愈合的整個過程。該水凝膠由苯基硼酸改性殼聚糖和苯基硼酸透明質酸（HA）通過硼酸與單寧酸（TA）交聯組成，并在聚合物網絡中嵌入具有光熱響應特性的普魯士藍納米粒子（PBNPs）。通過硼酸酯鍵、TA和PBNPs的綜合作用，水凝膠顯示出廣譜抗氧化活性。同時，結合HA對巨噬細胞表型的調節(jié)，糖尿病傷口的炎癥微環(huán)境發(fā)生了轉變。此外，PBNPs的溫和光熱效應還能促進血管生成，繼而促進上皮化和膠原沉積。總之，這種復合水凝膠系統(tǒng)通過抗氧化應激、免疫調節(jié)和促進血管生成，加速了傷口修復的各個階段，在糖尿病傷口管理中顯示出巨大的應用潛力。這項研究成果以“Hybrid Hydrogels for Immunoregulation and Pro-angiogenesis through Mild Heat Stimulation to Accelerate Whole-process Diabetic Wound Healing”為題發(fā)表在《Advanced Healthcare Materials》雜志上。文章第一作者為西南交通大學郭倩如和尹天宇，通訊作者為周紹兵教授和向韜副教授。該課題得到了國家自然科學基金、四川省科技計劃和中央高校基本科研業(yè)務費等的資助和支持。

圖1. a) QHT@PBNPs水凝膠的制備示意圖。b) QHT@PBNPs水凝膠在糖尿病傷口愈合中清除ROS、調節(jié)炎癥和血管生成的治療機制。

圖2 光熱效應和RONS清除評估。a) 不同PBNPs濃度（0.1、0.2 和 0.3 mg mL^-1）的QHT@PBNPs水凝膠在0.5 W cm^-2激光照射下的溫升曲線。b) 當PBNPs濃度為0.1 mg mL^-1時，QHT@PBNPs水凝膠在不同近紅外功率密度（0.25、0.5和0.75 W cm^-2）照射下的溫度上升曲線。c) QHT@PBNPs水凝膠在三個激光開關周期內的溫度變化曲線。d) 不同PBNPs濃度的QHT@PBNPs水凝膠在808納米激光照射下10分鐘的近紅外熱圖像。e) 不同近紅外功率密度（0.25、0.5和0.75 W cm-²）的QHT@PBNPs水凝膠在808納米激光照射下10分鐘的近紅外熱圖像。f) H₂O₂,g) ·OH, h) ·O₂^-, i) DPPH和ABTS⁺^·的清除能力。k) QHT@PBNPs清除RONS的示意圖。

圖3 水凝膠治療糖尿病傷口愈合的體內評估。a) 水凝膠治療糖尿病傷口的療程示意圖。b) 不同水凝膠處理傷口在第0、3、7、10和14天愈合的b) 代表性照片和c) 軌跡。d) 傷口閉合過程中傷口收縮的定量分析。e) 第7天和第14天傷口組織的H&E染色圖像和g) MTC染色圖像。f) 第7天和第14天的表皮厚度和h) 膠原累積的定量分析。

圖4 a) 用DHE探針檢測傷口處的ROS水平；b) 第3天和第7天CD86（紅色）和CD206（綠色）的免疫熒光染色圖像；c) 第3天IL-10和TNF-α的免疫熒光染色圖像；d-g) 第3天ROS含量、M2/M1比率、IL-10和TNF-α的相對定量分析。

圖5水凝膠的體內血管再生能力。a) HIF-1α，c) VEGF和e) α-SMA的免疫熒光染色圖像；b) HIF-1α，d) VEGF和f) α-SMA的統(tǒng)計分析；g) CD31的免疫組化圖像；h) CD31的統(tǒng)計分析。

該工作是團隊近期關于智能水凝膠材料在組織修復的最新進展之一。在過去的幾年中，該團隊著眼于材料的物理化學結構設計、表面改性及功能化設計，探索研究了智能水凝膠、形狀記憶薄膜等智能材料在糖尿病皮膚修復（Bioact. Mater. 2023, 20, 561-573; Adv. Healthc. Mater. 2024, 13, 2301885）、鹽響應柔性傳感器（J. Mater. Chem. A 2021, 9 (2), 1048-1061）、可逆黏附劑（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13 (30), 36574-36586）、柔性致動器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13 (1), 1463-1473）、可視化血管支架（J. Mater. Chem. B 2020, 8 (35), 8061-8070）等領域的應用。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202304536

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（責任編輯：xu）

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