四川大学ACS Nano：手持电纺“喷”出仿生敷料，14天实现糖尿病创面近全愈合

糖尿病创面愈合是一个高度协调的过程，需要在时间上按序启动炎症期向增殖期的过渡，并在空间上协调表皮与真皮各层细胞的修复活动。然而在糖尿病创面中，这种时空协调性常被破坏：早期炎症反应不足而后期炎症持续存在，高血糖微环境又损害了巨噬细胞和表皮角质形成细胞的功能。现有治疗策略要么依赖半衰期短、易降解的生长因子，要么需要多层结构、多种载体来实现序贯释放，制备复杂且释放行为难以精确匹配创面愈合的实际进程；单氨基酸策略如局部递送游离精氨酸，则受限于创面滞留性差、释放控制不足和深层组织渗透不够。因此，一种无需序贯递送多种生物活性因子、即可协调免疫调节与上皮再生的策略，成为糖尿病创面治疗的关键突破口。

针对这一难题，四川大学刘公岩教授、华西医院Shuai Tao博士和香港理工大学马凯凯助理教授合作，开发了一种仿细胞外基质的纳米纤维敷料Arg-Nor纳米纤维膜（ANM），通过调节糖尿病创面微环境中的精氨酸利用，重建愈合的时空协调性（Scheme 1）。ANM以精氨酸和正缬氨酸为构建单元合成聚酯酰胺，通过手持式静电纺丝原位沉积于创面，形成贴合、透气的纳米纤维敷料。其多孔且可水解的结构赋予湿气与酶响应降解能力，可持续释放含精氨酸和正缬氨酸的降解产物。这些降解产物协同调节巨噬细胞表型转换：初期促进及时的促炎反应，随后自发转向促修复状态，恢复糖尿病创面中按时间排序的炎症程序；同时在创周表皮局部上调iNOS和精氨酸酶-1，空间上促进角质形成细胞增殖与分化，加速再上皮化。在db/db小鼠中，ANM显著促进胶原沉积和血管生成，14天内加速创面闭合，而商业敷料不仅未能支持愈合，甚至在21天内导致创面进行性恶化。相关论文以“Nanofibrous Poly(amino acid ester) Dressing for Promoting Diabetic Wound Healing via Spatiotemporal Coordination of Immunomodulation and Tissue Regeneration”为题，发表在ACS Nano上。

示意图1. Arg-Nor纳米纤维膜（ANM）通过时空调控愈合过程促进糖尿病创面愈合的示意图。

材料设计与原位成膜：让敷料“长”在创面上

研究以精氨酸和正缬氨酸为生物活性构建单元，合成可生物降解的聚酯酰胺Arg-Nor PEA（图1a）：精氨酸和正缬氨酸分别与1,4-丁二醇反应形成二酯单体，再与活化二酸缩聚。由于精氨酸单元亲水、正缬氨酸单元疏水，两者沿聚合物链的极性反差有利于混合溶剂在纺丝过程中分散与蒸发。研究选用85% v/v乙醇/水作为临床可接受的低风险溶剂，以创面组织本身作为收集器，高压静电场驱动射流至创面表面，溶剂快速蒸发后固化为纳米纤维并原位沉积成膜（图1b）。通过建立纺丝稳定性、纤维形貌和效率的评分框架，研究者绘制出可纺性操作窗口（图1c）：Arg-Nor PEA可纺浓度为8–14 wt%，在10.0 mL/h高流速下仍可获得平直光滑的纳米纤维（图1d），平均直径497–889 nm（图1e）。该流速下约10分钟可沉积约480 μm厚的ANM（图1f），在直径1.0 cm的全层创面中15秒内即可完全覆盖。与多数手持静电纺丝研究依赖低流速（<2.0 mL/h）不同，Arg-Nor PEA在高流速下仍能保持良好纤维结构（图1g），展现出显著的效率与形貌优势。

图1. 氨基酸基聚合物的合成与纳米纤维膜的制备。

皮肤贴合、可降解与安全：为创面提供“第二层皮肤”

ANM在猪皮肤上反复弯曲扭转后仍保持结构完整，能紧密贴合皮肤微观形貌甚至复刻指纹（图2a、2b）；其断裂伸长率28–47%、拉伸强度1.3–1.5 MPa，与人类皮肤相近（图2c、2d），润湿后力学性能几乎不变。膜的水蒸气透过率为1853–2203 g m⁻² day⁻¹（图2e），孔隙率保持在46%以上，既能维持湿润愈合环境，又支持气体交换。在PBS中，ANM前72小时失去57%重量（图2g）；在含溶菌酶的模拟创面环境中（图2f），精氨酸-containing降解产物72小时累积释放达92.2±11.5%，正缬氨酸-containing降解产物达70.6±6.2%（图2h），后者释放较慢可归因于其更强的疏水性。由于ANM设计为每3天更换一次，降解评估在72小时内进行，但糖尿病模拟条件下的长期降解仍需进一步研究。细胞实验显示3T3细胞活力为对照的103.5±6.7%，HaCaT细胞为105.7±3.7%，溶血率低于0.4%，连续7天贴敷小鼠皮肤未见明显刺激或炎症。手持静电纺丝设备虽工作于15 kV，但整个纺丝过程中通过小鼠的电流始终低于0.5 μA（图3a），远低于IEC规定的10 μA医疗限值和500 μA感知阈值；14天重复操作后血液学参数（图3b）与主要器官组织学（图3c）均无异常。

图2. ANM性能的体外分析。

图3. 手持式静电纺丝设备及工艺安全性的体外和体内分析。

时空调控愈合：先“点火”再“修复”

在2型糖尿病db/db小鼠全层创面模型中（图4a），ANM组创面持续缩小，第14天几乎完全闭合（图4b、4c）；而对照组、AM组和NM组第4天创面反而扩大至原面积的104.3%–113.5%（其中AM组第14天未愈面积达128.8%，意味着创面较原始面积进一步扩大），第14天三组分别残留76.6%、128.8%和40.0%的未愈面积（图4c、4d）。第14天H&E和Masson染色显示，ANM组形成完整新表皮，胶原沉积和组织化明显优于其他组。机制上，ANM在第7天同时显著上调精氨酸酶-1和iNOS的mRNA水平（分别达7.5倍和6.8倍），第14天又回落至较低水平，呈现独特的瞬时调控模式（图4g、4h）；而对照组精氨酸酶活性高、NOS活性低，处于精氨酸代谢失衡状态（图4e、4f）。免疫荧光显示，NM和ANM组第7天F4/80与iNOS共定位均明显增强，第14天减弱，其中ANM变化最为明显（图5a–5c）；ANM组第14天F4/80与精氨酸酶-1共定位增强，表明巨噬细胞从炎症表型向修复表型及时转换（图5f）。细胞因子检测进一步印证：ANM组炎症因子IL-1β、TNF-α、IL-6第7天显著升高、第14天明显下降（图5d），促修复因子IL-10、TGF-β1、IL-4也呈现早期升高、后期波动的协调模式（图5e）。在上皮层面，ANM组第7天创周表皮精氨酸酶-1和iNOS阳性率显著高于对照组（图6a–6c），阳性染色向创面床基底层延伸，第7天和第14天新表皮中Ki67和CK10表达明显（图6d），表明角质形成细胞增殖与分化被有效促进，再上皮化加速（图6e）。

图4. ANM在db/db小鼠全层创面模型中的愈合疗效。

图5. ANM在糖尿病创面中的免疫调节。

图6. ANM促进糖尿病创面再上皮化。

从代谢调控到愈合重建：一种无需序贯递送的新策略

该研究的核心突破在于：ANM不依赖多种生物活性因子的序贯释放，而是通过精氨酸与正缬氨酸降解产物的协同作用，同时调控巨噬细胞和角质形成细胞中的精氨酸代谢，在时间上恢复“早期促炎—后期促修复”的免疫程序，在空间上促进表皮再生。正缬氨酸可能有助于抑制精氨酸酶-1活性，使精氨酸更多流向iNOS通路，其抑制作用在精氨酸有限条件下可能更为突出，并随底物可用性增加而减弱；而ANM持续释放的精氨酸又为巨噬细胞和角质形成细胞提供共享代谢底物。这种时空代谢调控策略在db/db小鼠中实现了14天内近乎完全的创面闭合，显著优于商业敷料。未来，这一手持静电纺丝原位成膜平台有望为慢性难愈创面提供新的治疗策略，而正缬氨酸在糖尿病创面中的阶段特异性和微环境依赖性生物学功能，仍需进一步系统研究。