糖尿病是一種常見的病症，因糖尿病引發的傷口感染已成為全球重大的醫療負擔。傷口感染會導致白細胞功能受損和炎症反應失衡，從而抑制中性粒細胞和巨噬細胞向傷口遷移。當傷口進一步惡化時，主要臨床特徵是生理功能嚴重受損、大量促炎因數被啟動、血管生成不足、活性氧（ROS）過度產生、周圍神經病變和毛囊遺失等。現時，由於臨床敷料的單一性，缺乏具有高吸收性、可定制形狀、快速自愈、引導組織再生和恢復生理功能的全身性多功能傷口敷料。囙此，糖尿病感染性傷口治療仍然是再生醫學面臨的重大挑戰。
北京科技大學溫永强教授、杜宏武教授，北京大學人民醫院張培訓教授等人通過DNA接枝、聚乙烯亞胺動態交聯以及摻雜黑磷量子點，製備了一種多功能DNA水凝膠敷料。該水凝膠具有優异的滲出液吸收效能、可調加熱能力、力學行為、自愈能力、可寫性、組織粘附和抗菌效能。原花青素B2（OPC B2）的摻入賦予了DNA水凝膠顯著的清除自由基和抗氧化特性。此外，該水凝膠敷料可以使傷口保持穩定的重塑狀態、啟動神經元轉變為修復狀態、加速皮膚神經再生和血管生成。除此之外，它還具備促進組織再生的能力，可以促進毛囊和毛髮再生。囙此，這種先進的水凝膠敷料為臨床治療糖尿病感染傷口、引導組織再生提供了一種有效的方法。該研究以題為“Multifunctional DNA Hydrogels with Hydrocolloid-Cotton Structure for Regeneration of Diabetic Infectious Wounds”的論文發表在《Advanced Functional Materials》上。
【DNA水凝膠製備及其藥物釋放】
作者設計了一種多功能的DNA水凝膠敷料（圖1）。基於堿基配對原理，作者開發了樹枝狀大分子X+Y形DNA連接結構，然後與摻有黑磷量子點的聚乙烯亞胺動態交聯形成生物活性DNA水凝膠（PBCD），並在其中加載B2（OPC B2）。OPC B2作為一種天然營養素，具有抗氧化和清除自由基的能力，並能促進細胞增殖和血管生成。作者探索了PBCD中營養物質的釋放特徵。沒輻照時，PBCD釋放的OPC B2量僅為19.0%。在近紅外雷射（NIR）下，藥物的釋放率在10小時內達到74.7%（圖2g），說明在NIR下，PBCD會觸發熱反應以釋放養分。14小時後PBCD的溶脹率開始突然下降（圖2h）。作者認為是光熱作用導致凝膠溫度升高，凝膠內部的動態鍵被破壞。這表明凝膠在體外具有優异的降解效率，可以引發良性脫離，對减少繼發性損傷起到了顯著的作用。
圖1水凝膠的製備、促進糖尿病感染性傷口癒合機制示意圖
圖2水凝膠的光熱特性及其藥物釋放
【體內糖尿病感染傷口的癒合效能】
作者建立了全層皮膚感染的糖尿病小鼠模型，觀察皮膚在OPC B2、PBCD、OPC B2/PBCD和OPC B2/PBCD（NIR）下的癒合效能。在0-10天內對小鼠的傷口進行攝影監測（圖3b）。OPC B2、PBCD組傷口均在2天后出現不同程度的潰瘍，而後兩組並沒有進一步惡化，這直接證明了水凝膠的光熱效能具有優异的抗菌效能。此外，水凝膠敷料提供的3D空間結構可以吸收大量膿液組織液，為傷口癒合提供了完美的環境。治療10天后，第4組治療的傷口幾乎完全癒合，傷口癒合率高達99.9%（圖3c），而其他組的傷口沒有完全閉合。第6天，第4組觀察到有新皮形成（圖3d），而在第10天形成上皮層，可清晰觀察再生結構和新生毛囊組織。然而，其他組的傷口沒有完全閉合，表皮幾乎看不見。結果表明，OPC B2/PBCD在NIR觸發下具有優异的傷口癒合效能。
圖3糖尿病感染傷口癒合
【水凝膠敷料賦予組織再生特性】
為了評估OPC B2/PBCD（NIR）對感染傷口的影響，作者監測了傷口微環境的變化（圖4a）。巨噬細胞主要表現為炎症期的M1錶型和修復期的M2錶型。M1釋放促炎因數誘導組織損傷，M2釋放抗炎因數减少炎症，加速傷口癒合，促進組織再生。作者評估了3、5和7天的傷口組織。在治療的第5天和第7天，OPC B2/PBCD（NIR）的IL-10和TGF-β1的mRNA表達量最高，幾乎是對照組的1.8-2.5倍。說明OPC B2/PBCD（NIR）在炎症早期有效促進巨噬細胞從M1向M2錶型的轉化。為了評估DNA敷料對感染性傷口的修復效果，作者對血管內皮細胞標誌物CD31進行免疫組織化學染色，以確認傷口癒合過程中新血管的形成。結果表明，只有OPC B2/PBCD（NIR）在第6天觀察到新血管，說明OPC B2/PBCD（NIR）促進了血管生成。除此之外，作者研究發現，它還具備促進毛囊和毛髮再生的能力。
圖4水凝膠敷料的抗炎機制
總結：作者成功開發了一種水凝膠敷料，以促進糖尿病感染性傷口癒合和組織再生。該DNA水凝膠敷料顯示出適當的機械效能、自愈能力、可寫性和組織粘附性。此外，其還具有包括抗菌、抗氧化、抗炎、調節巨噬細胞極化、促進神經和血管生成等多種功能。總之，該多功能DNA水凝膠敷料為治療糖尿病感染性傷口提供了一種有效、有前景、實用的聯合療法，為臨床再生醫學帶來了新的希望。
原文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106167
本文版權歸原作者所有，文章內容不代表平臺觀點或立場。如有關於文章內容、版權或其他問題請與我方聯系，我方將在核實情况後對相關內容做删除或保留處理！聯繫郵箱：yzhao@koushare.com