智能响应、抗菌促愈——新型双网络水凝胶为糖尿病伤口治疗带来新突破！

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来源:EngineeringForLife | 作者:EFL | 发布时间: 2天前 | 27 次浏览 | 分享到:

01 智能响应双网络（HTC/MCP）水凝胶在糖尿病伤口应用中的优势？

糖尿病感染创面愈合困难，关键在于感染、慢性炎症与组织再生障碍相互掣肘，传统治疗难以协同解决。本研究构建的智能响应双网络（HTC/MCP）水凝胶的创新优势在于：

（1）智能感知与响应释放：其ROS响应性硼酸酯键能特异性识别糖尿病创面高炎症微环境，实现治疗剂的按需、时序释放，变被动敷料为“主动治疗系统”。

（2）多功能时序协同：初期快速释放单宁酸和钙离子，同步发挥抗氧化、抗炎与即时抗菌作用；随后，钙离子原位激活PRP，持续释放多种生长因子，无缝衔接并长效驱动血管新生与组织再生。

（3）良好的临床适用性：具备可注射性与光固化能力，能贴合不规则创面；双网络结构赋予其优异的机械稳定性与可控降解性，满足临床对敷料操作性与耐久性的双重要求。

（4）一体化的高效疗效：在糖尿病感染动物模型中，该策略能同步实现高效抗菌（>80%细菌清除）、炎症调控、显著促进血管生成与胶原沉积，最终将伤口闭合率提升至近95%。

02 如何构建智能响应双网络（HTC/MCP）水凝胶？

Product

优

选

产

品

苯硼酸修饰透明质酸（HA-PBA）

单宁酸（TA）

甲基丙烯酰化羧甲基壳聚糖（CMCSMA）

本期，EFL以发表在期刊《Journal of Controlled Release》的“A smart ROS-responsive hydrogel for on-demand antibacterial and platelet-rich plasma (PRP) activation in diabetic wound healing”研究为例，解读如何开发ROS响应性双网络水凝胶（HTC/MCP）。该水凝胶通过动态硼酸酯键设计，在炎症高ROS环境中智能解离，快速释放单宁酸清除自由基、抗炎抗菌；同步释放的钙离子则原位激活内源性PRP，实现生长因子（VEGF、PDGF等）的持续缓释，从而时序性协调“抗炎-抗菌-促再生”过程。

DOI：10.1016/j.jconrel.2025.114392

图文结果

本研究首先成功构建了双网络水凝胶的两个前体组分，并对其进行了系统表征。如Fig 1A所示，钙离子与单宁酸通过配位作用形成CaTA纳米颗粒（Fig 1B），进而与苯硼酸修饰的透明质酸(HP)通过动态硼酸酯键自组装，形成具有ROS响应潜力的 HTC 网络。Fig 1C-F的XRD、XPS、FTIR及¹H NMR数据共同证实了CaTA的成功合成与HP的有效修饰。

图1 HTC的合成与表征

另一方面，为使水凝胶具备临床易用的成型能力，研究将甲基丙烯酸酐（MA)接枝到羧甲基壳聚糖（CMCS）上，合成了可光交联的MA-CMCS，其化学结构变化通过Fig 2B-C的FTIR和¹H NMR得以验证。随后，将其与富含生长因子的PRP复合，构成MCP网络（Fig 2A）。

图2 MCP的合成与表征

接下来，将HTC与MCP前体溶液混合，通过紫外光引发交联，最终制得稳定的双网络复合水凝胶HTC/MCP。对其性能的表征显示：该水凝胶具有良好的注射性和形状适应性，能贴合不同轮廓的伤口并快速固化（Fig 3B, I）；其内部呈现均匀的多孔结构（Fig 3C-D），并具备优于单组分的机械强度（Fig 3E-F）及可控的降解与溶胀行为（Fig 3G-H）。关键的 ROS响应性释放功能通过 Fig 2D-G得到验证：在模拟炎症环境（含H₂O₂）中，硼酸酯键断裂，加速释放CaTA；同时，释放的Ca^²⁺可有效激活PRP，从而在长达6天的时间内持续、稳定地释放VEGF、PDGF、EGF等关键生长因子。

图3 双网络水凝胶的形成机理及表征

完成材料学表征后，研究在细胞水平评估了其生物学功能。Fig 4A-C的结果表明HTC/MCP具有优异的细胞相容性，并能促进细胞增殖。更为重要的是，它能显著加速成纤维细胞的迁移（Fig 4D-H），并强力促进血管内皮细胞形成管状结构，显示出强大的促血管生成潜力（Fig 4I-L）。此外，Fig 5中的抗氧化实验证明，水凝胶能有效清除自由基，缓解氧化应激。针对糖尿病伤口最常见的感染问题，Fig 6系列实验证实，HTC/MCP通过对细菌膜的双重破坏作用（Ca^²⁺与TA协同），对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌实现了超过99%的高效抗菌。

图4 双网络水凝胶的体外细胞相容性、细胞迁移和血管生成特性

图5 HTC/MCP的抗氧化活性

图6 HTC/MCP水凝胶具有良好的体外抗菌性能

最后，研究在糖尿病大鼠全层皮肤感染缺损模型中验证了HTC/MCP的综合治疗效果。如 Fig 7所示，HTC/MCP治疗组的伤口愈合速度显著快于其他对照组，至第14天闭合率接近95%，并能在早期有效控制伤口细菌数量。组织学分析揭示了其促进愈合的深层机制：Fig 8的染色结果显示，该水凝胶能促进更快速有序的胶原沉积；Fig 9的免疫组化表明，它可下调促炎因子IL-1β、上调抗炎因子IL-10，有效调控伤口炎症微环境；Fig 10的免疫荧光则直观显示，HTC/MCP能显著增强伤口部位新生血管的标志物表达，从而改善组织血供与营养输送。这些多方面的协同作用，共同促成了糖尿病感染伤口的优质修复。

图7 HTC/MCP水凝胶促进糖尿病SD大鼠感染创面愈合

图8 不同处理后创面组织的形态分析

图9 不同处理后新生皮肤组织的免疫组织化学染色

图10不同处理后新生皮肤组织的免疫荧光染色

研究总结

本研究成功开发了一种集成ROS响应、抗菌、抗炎、活化PRP及促血管生成等多功能于一体的智能双网络水凝胶HTC/MCP。该水凝胶能动态响应糖尿病伤口的高ROS微环境，按需释放治疗剂，并通过Ca²⁺激活PRP实现生长因子的持续供给。系统的体外与体内实验证实，其能有效清除感染、缓解氧化应激与炎症、并显著加速组织再生与血管重建，最终实现糖尿病感染伤口的快速愈合。该工作为设计下一代适用于复杂慢性伤口的主动式、一体化治疗材料提供了创新思路与实验依据。