细菌感染一直是皮肤伤口的一大威胁，尤其是严重影响了糖尿病患者的创面愈合。众所周知，伤口或细菌感染产生的活性氧（ROS）会进一步阻碍伤口愈合。针对这一问题，苏州大学刘庄教授团队在Biomaterials上发表了题为“ROS-scavenging hydrogel to promote healing of bacteria infected diabetic wounds”的研究性论文，利用响应型交联剂交联的聚乙烯醇，研制了一种清除活性氧的水凝胶。制备的水凝胶可作为ROS清除剂，通过降低ROS水平和上调创面周围M2表型巨噬细胞，促进创面愈合。而在伤口中形成的水凝胶可以释放治疗药物，用以响应存在于伤口微环境中的内源性ROS。
创面愈合受损，尤其是糖尿病创面的愈合，是临床高血糖患者常见的困境。作者通过混合聚乙烯醇（PVA）和3-联胺（TPA），由苯基硼酸和醇的羟基反应交联快速地形成ROS响应型水凝胶。在磷酸盐缓冲盐（PBS）中加入不同浓度的双氧水（H2O2），对ROS响应水凝胶的降解能力进行评价（图1）。
图1 ROS响应型水凝胶的原理图和表征
由于ROS在伤口愈合中发挥非常重要的作用，基于体外水凝胶对H2O2的高效清除，作者研究了该水凝胶在体内对ROS的清除以及伤口愈合的作用。结果均表明，ROS响应型水凝胶对ROS的清除具有促进创面愈合的作用（图2）。
图2 ROS响应型水凝胶的体内抗炎作用和伤口愈合。
接下来作者详细研究了水凝胶处理后伤口微环境的体内变化。M2表型巨噬细胞和调节性T细胞（Treg）可促进血管生成和胶原蛋白生成，在创面愈合等组织再生中发挥重要作用。因此，经过一系列治疗后测量了创面周围的免疫细胞变化（图3A）。结果显示，在水凝胶处理的伤口中M2表型巨噬细胞显著增加（图3B和3C）。同时通过超声和光声成像系统检测创面损伤处的血氧合水平。以上结果表明，制备的水凝胶可通过减少各种炎性细胞因子的分泌，增加创面周围M2表型巨噬细胞的数量、提高CD31的表达和整合素（integrin）3的水平，有效促进创面愈合和功能血管的形成。
图 3 ROS 响应型水凝胶引起的伤口微环境变化
之后进行体内创伤模型的研究。在此作者发现，联合治疗可显著促进感染后伤口的体内愈合（图4D）。并在此基础上，研究了不同治疗方法在感染后第3天创面微环境的变化。结果均表明，与MP和GM-CSF共负载的活性氧清除水凝胶对治疗感染创面有很好的效果（图4）。
此外，作者还针对金黄色葡萄球菌（S.a.u）感染的糖尿病小鼠的创面愈合情况进行研究。基于健康小鼠创面愈合的结果进行药物治疗，得出结果表明，MP+G@水凝胶治疗可以显著加速糖尿病小鼠感染伤口的愈合（图5A-5E）。然后，评估了不同治疗方法诱导的糖尿病小鼠创面微环境的变化。得出的结果有力地证明了MP+G@水凝胶能更有效地促进S.a.u感染的糖尿病小鼠创面的愈合（图5）。
图5 S.a.u感染的糖尿病小鼠的体内创面愈合研究
在本研究中，作者设计了一种ROS响应型水凝胶，能够有效清除创面处ROS，并将其应用于治疗糖尿病创面细菌感染。这种ROS清除水凝胶本身可以降低炎症反应，减少促炎性细胞因子的分泌，增加M2表型巨噬细胞数量，触发创面周围新血管和胶原的生成，促进健康小鼠以及糖尿病小鼠创面的愈合。同时，装载的抗生素mupirocin和细胞因子GM-CSF在水凝胶中可以有效释放，降低创伤内源性ROS，从而消除S.a.u感染和加速创面的愈合。因此，作者提供了一种可装载不同治疗成分的ROS响应型水凝胶，可在多种复杂情况下有效地进行伤口修复，在治疗糖尿病感染等难以愈合的伤口中具有非常广泛的应用前景。。
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