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武漢大學(xué)呂昂/喻愛喜 AFM：可注射自愈合纖維素基水凝膠用于糖尿病創(chuàng)面監(jiān)測和治療
2024-03-01  來源：高分子科技

  隨著人口老齡化的加劇，糖尿病的患病率逐漸增加，這導(dǎo)致與糖尿病相關(guān)的創(chuàng)傷發(fā)生率也隨之升高。而對于糖尿病傷口的治療，由于其治療時間長、成本高以及常導(dǎo)致截肢和高死亡率，因此成為全球公認(rèn)的巨大挑戰(zhàn)。其中，血管生成不足是導(dǎo)致糖尿病傷口愈合緩慢的關(guān)鍵因素，由于其限制營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣和細(xì)胞向創(chuàng)傷部位的運(yùn)輸，從而延遲傷口愈合。另一方面，創(chuàng)面滲出液的pH值可以動態(tài)反映創(chuàng)面愈合過程中的狀態(tài)，有助于指導(dǎo)創(chuàng)面管理。因此，開發(fā)出同時具有促血管生成和傷口監(jiān)測的傷口敷料對于糖尿病傷口的治療是迫切的醫(yī)學(xué)需求。



  最近，武漢大學(xué)呂昂副教授團(tuán)隊(duì)和喻愛喜教授團(tuán)隊(duì)提出了一種簡單有效的策略，通過將羧甲基纖維素（CMC）與預(yù)配位的銪-乙二胺四乙酸（Eu-EDTA）復(fù)合物交聯(lián)，制備具有增強(qiáng)血管生成和實(shí)時監(jiān)測功能的自愈合水凝膠（圖1）。得益于動態(tài)可逆的金屬配位相互作用，水凝膠表現(xiàn)出顯著的可注射性和自愈性，從而在微創(chuàng)手術(shù)中可以對不規(guī)則和深度傷口實(shí)現(xiàn)有效覆蓋。此外，水凝膠的熒光強(qiáng)度隨pH值（4.5-7.5）呈線性變化，可以實(shí)時測量pH值以監(jiān)測傷口狀態(tài)。更重要的是，水凝膠能有效促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，增強(qiáng)成管能力，在組織重塑中表現(xiàn)出較強(qiáng)的血管生成能力。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，水凝膠通過上調(diào)血管生成相關(guān)因子的表達(dá)和下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）的表達(dá)來促進(jìn)血管生成，還可以促進(jìn)肉芽組織形成、膠原沉積和糖尿病創(chuàng)面修復(fù)。本研究為糖尿病創(chuàng)面的診斷和治療提供了新思路。


圖1. 水凝膠的制備策略及其可注射、自愈合性能 


圖2. 水凝膠的pH響應(yīng)性熒光性能及傷口監(jiān)測能力。水凝膠在紫外光照射下能夠發(fā)出紅色熒光，并且其熒光強(qiáng)度隨著pH的降低而逐漸減弱，這是由于在酸性環(huán)境中羧基的質(zhì)子化破壞Eu3+和羧基配體的天線效應(yīng)，從而導(dǎo)致其熒光強(qiáng)度顯著下降。基于水凝膠表現(xiàn)出良好的pH響應(yīng)的熒光性能，可以通過軟件量化來反映并監(jiān)測傷口pH情況。 


圖3. 水凝膠的生物相容性及體外小管形成能力。水凝膠表現(xiàn)出良好的生物相容性，通過緩釋銪離子可明顯促進(jìn)HUVEC細(xì)胞的增殖、遷移和和體外小管形成能力。 


圖4. 水凝膠對糖尿病創(chuàng)面的修復(fù)效果。通過全層皮膚缺損模型來評估水凝膠對糖尿病小鼠傷口的治療效果。與商業(yè)紗布和3M敷貼相比，水凝膠表現(xiàn)出更好的促傷口愈合效果，可以通過促進(jìn)肉芽組織的形成、膠原蛋白的沉積和血管生成，以促進(jìn)組織修復(fù)和加快傷口閉合。


  綜上，通過預(yù)配位的Eu-EDTA復(fù)合物和CMC的自組裝，成功開發(fā)了一種促進(jìn)血管生成和pH響應(yīng)的纖維素基水凝膠，可用于智能傷口監(jiān)測和糖尿病創(chuàng)面修復(fù)。本研究為制備可注射自愈合的羧甲基纖維素-金屬水凝膠提供了一種簡單而創(chuàng)新的方法，并為設(shè)計具有促血管生成和實(shí)時監(jiān)測傷口pH狀態(tài)的新型水凝膠敷料提供了新的策略，在糖尿病傷口修復(fù)和智能傷口管理方面具有巨大的前景。


  該工作以“Self-Healing, Injectable Hydrogel Dressing for Monitoring and Therapy of Diabetic Wound”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上（DOI: 10.1002/adfm.202401209）。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院博士研究生解紅霞（目前入職于浙江農(nóng)林大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院）和中南醫(yī)院博士研究生王正為本論文的共同第一作者。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院呂昂副教授和武漢大學(xué)中南醫(yī)院喻愛喜教授為本論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51973166）、湖北省衛(wèi)生健康委員會醫(yī)學(xué)領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（LJ20200405）和武漢大學(xué)大型儀器設(shè)備共享基金的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202401209


  呂昂課題組網(wǎng)站：https://anglu.whu.edu.cn/

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