中山大学附属口腔医院滕伟、李卫昌团队CEJ：POSS纳米笼水凝胶系统用于糖尿病创面治疗

糖尿病是一种常见的代谢类疾病，近年来，糖尿病的发病率随着年龄增长而增加，其创面愈合困难已成为全球健康的主要问题之一。糖尿病创面的长期炎症或导致组织持续性受损，表现为难以愈合或不愈合。然而，传统的绷带和纱布类敷料主要提供对创伤的物理覆盖，并没有抗感染或促修复功能。基于糖尿病性创面的特殊性和临床需求的复杂性，医用敷料的性能和功能也面临更高的要求。因此，有必要开发一种既可抵御外部感染，又能引导血管生成和组织再生新型敷料，来解决糖尿病创面治疗的临床难题。

近期，中山大学附属口腔医院滕伟主任医师，李卫昌副研究员团队开发了一种基于功能化笼型聚倍半硅氧烷（POSS）的多功能水凝胶系统（图1），旨在促进慢性糖尿病性伤口的快速高效愈合。具体利用POSS的独特分子级分散特性调节分子链的运动，以共价修饰的POSS纳米笼为八臂交联剂，原位交联形成三维水凝胶网络结构，其纳米笼的刚性框架协同丰富的交联位点，限制了水凝胶基质的过度溶胀并提高稳定性，避免了作为敷料应用时因溶胀影响伤口愈合的情况。有趣的是，在功能化POSS交联剂形成三维网络的同时，获得了大量的季铵化基团（QAS），QAS广谱抗菌性能为糖尿病创面的愈合提供了有利条件。受到肌动蛋白束收缩功能的启发，通过外源性机械收缩应力牵拉伤口边缘也是当前促进创面快速闭合的有效方法之一。因此作者在水凝胶主网络中引入温度响应性分子聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）构建具有机械活性的三维网络结构。如果要实现敷料机械主动收缩的功能，就不得不考虑水凝胶与组织之间的界面联系，据悉材料-组织界面粘合是创口收缩的前提。作者合成了一种含有丰富儿茶酚基团的长链聚合物，并通过静电纺丝工艺，获得具有粘合功能的纤维膜。粘合层以高孔隙率的纤维膜形式存在主要基于以下考虑：应用方便，满足形状多样化需求，吸收渗出液，不影响营养/代谢物质交换等。水凝胶特别的网络结构结合智能响应结构收缩，是作为药物/生物活性成分递送的理想载体，该研究选择外泌体作为生物活性成分模型，通过水凝胶系统的控释/缓释以促进损伤组织的血管生成。作者开发的POSS基多功能水凝胶系统集成了抗菌活性、抗溶胀性、生物粘附、主动机械收缩和控释的多重功能，有望成为一类可有效促进糖尿病慢性创面愈合的功能型敷料。

图1. POSS基多功能水凝胶系统的设计与功能示意图。

随后作者通过糖尿病小鼠创面模型全面考察水凝胶敷料的应用效果（图2），首先注射链脲霉素诱导糖尿病症状，在模型成功构建后，将不同类型的水凝胶敷料及商业化的纱布植入创面区域，以探究各组对糖尿病伤口愈合的影响。实验结果显示，与对照组和商业化组相比，水凝胶敷料主动收缩可促进伤口闭合，并协同抗菌和外泌体释放使糖尿病创面的愈合率显著提升。随后，作者对创面区域进行了H&E，Masson的三色染色，CD31，IL-1β和 TNF-α组织学分析。结果表明集成POSS纳米笼的水凝胶体系具有优异的抗菌功能，有益于慢性糖尿病创面炎症的抑制；所负载的外泌体对血管生成效果显著，从而促进伤口愈合和组织再生；在糖尿病创面愈合过程中发挥了重要作用，预示该新型多功能水凝胶系统在临床上的的潜在应用价值。

图2. 水凝胶系统用于糖尿病创面修复的体内愈合效果评估。

该研究提供了一种灵活、便捷和高效的水凝胶敷料平台，在糖尿病创面愈合过程中的具有显著的促进效果。因此，水凝胶体系的合理设计可以显著简化治疗过程并改善糖尿病性伤口的愈合效果，为未来糖尿病创面的临床治疗提供了新的视角。该成果于近日发表在学术期刊Chemical Engineering Journal（IF=15.1）；论文题目为：“one stone four birds” strategy of advanced hydrogel system based on eight-arm nanocages to promote chronic wound healing in diabetes。中山大学“百人计划”引进人才李卫昌副研究员和硕士生孔孟洁为第一作者，中山大学附属第一医院王琴梅研究员与中山大学附属口腔医院滕伟主任医师为通讯作者。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723049057

来源：高分子科学前沿

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