用于实时监测伤口状态和全面治疗的纳米复合水凝胶

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用于实时监测伤口状态和全面治疗的纳米复合水凝胶

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https://www.bilibili.com/read/mobile?id=39434764

随着医疗科技的不断发展，新型医疗材料和治疗方法的研究越来越受到关注。近日，一篇发表在《Advanced Science》上的研究论文介绍了一种新型纳米复合水凝胶，该水凝胶不仅能够实时监测伤口状态，还具有全面的治疗功能，为慢性伤口的治疗带来了新的希望。

纳米复合水凝胶的概念化，用于实时监测伤口状况和整体愈合。

目前的皮肤传感器或伤口敷料在应对现实场景中的复杂性和挑战时存在不足，缺乏足够的能力促进伤口修复。开发能够早期诊断、实时监测和主动调节药物输送以及时进行全面治疗的方法对复杂慢性伤口具有重要意义。本研究设计了一种纳米复合水凝胶，用于实时监测伤口状况和全面治疗。单宁和含有基质金属蛋白酶-9基因siRNA干扰的siRNA自组装构建可降解纳米凝胶，并用牛血清白蛋白进行修饰。将纳米凝胶和pH指示剂包封在由降冰片烯二酐修饰的水溶性β-1,3-葡聚糖合成的双交联水凝胶中。由于硼酸键的存在，水凝胶表现出优异的形状适应性，点击聚合反应使水凝胶能够快速原位固化。该系统不仅可以监测伤口愈合过程中的pH、温度、伤口渗出液变化和蠕动，还具有止血、抗菌、抗炎和抗氧化特性，可调节巨噬细胞极化，促进血管组织再生。这种将病理参数监测与全面治疗相结合的治疗方法有望解决与慢性糖尿病伤口和感染伤口相关的临床问题和挑战，具有广阔的应用前景。

纳米凝胶的制备及基因沉默效率

TA-siRNA@BSA纳米凝胶的制备及基因沉默效率，a)TA-siRNA@BSA纳米凝胶形成机理示意图；b)TA-siRNA和TA-siRNA@BSA纳米凝胶的TEM照片；c)纳米凝胶粒径分布；d)巨噬细胞摄取siRNA、TA-siRNA和TA-siRNA@BSA纳米凝胶后的共聚焦显微镜图像。比例尺代表50μm刻度。e)高倍共聚焦显微镜图像。siRNA用绿色5-羧基荧光素（5-FAM）标记。细胞核用DAPI（蓝色）标记。比例尺代表20μm刻度；f)TA-siRNA纳米凝胶在RAW264.7细胞中的基因沉默效率。 siRNA用5-FAM标记，免疫荧光染色检测MMP-9表达，细胞核用DAPI（蓝色）标记，比例尺为50μm。

水凝胶的物理和化学特性

水凝胶的物理和化学特性：a）水凝胶交联机理示意图；b）蓝光照射后N-P/B/SH/[TA-siRNA)@BSA]水凝胶的宏观外观和微观结构；c）N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA]水凝胶的溶胀；d）水凝胶的形成过程和凝胶状态（在水凝胶中添加罗丹明染料以增强可视性）；e）流变动力学：N-P/B/[TA(siRNA)@BSA]水凝胶的振幅-时间扫描（应变1％）；f）流变动力学：N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA]水凝胶的振幅-时间扫描（应变1％）；g）水凝胶的形成过程和粘附；h）粘附机制示意图（在水凝胶中添加罗丹明染料以增强可视性）。

开发了一种多功能纳米复合水凝胶，集实时监测和全面治疗于一体。
利用单宁和siRNA自组装构建可降解纳米凝胶，实现了基因干扰功能。
采用双交联策略（硼酸键和点击化学），赋予水凝胶优异的形状适应性和快速原位固化能力。
实现了对多种伤口参数（pH、温度、渗出液、蠕动）的实时监测。
集成了多种治疗功能，包括止血、抗菌、抗炎、抗氧化、调节巨噬细胞极化和促进血管再生。

抗菌和抗氧化性能

*抗菌和抗氧化性能：a）抗菌——大肠杆菌（平板计数法；扫描电子显微镜 (SEM)、TEM）；b）抗菌——金黄色葡萄球菌（平板计数法；SEM、TEM）；c）平板计数法菌落形成单位的定量数据；d）LB 液体培养基中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细菌密度；e）抗菌示意图；f）水凝胶对 DPPH 自由基和 ABTS∙+ 自由基的清除作用；g）水凝胶对 -OH 和 -O2 自由基的清除作用；h）抗氧化机制示意图。 *p < 0.05，**p < 0.001，n = 5。

细胞学实验

*细胞学实验：a）用水凝胶提取物培养的 L929 细胞的活细胞-死细胞染色（AO/EB）（比例尺：200 µm）；b）HUVEC 的管道形成图像（比例尺：200 µm）；c）L929 细胞迁移（比例尺：200 µm）；d）使用水凝胶提取物的细胞活力；e）细胞迁移的定量数据；f）血管生成实验中分支点数量的定量数据；g）CD86 标记的 M1 巨噬细胞（红色染色）和 CD206 标记的 M2 巨噬细胞（绿色染色）的免疫荧光染色；h）M0、M1 和 M2 巨噬细胞的群体分布。**p < 0.001，n = 5。

水凝胶的导电性能和伤口信号监测

水凝胶的导电性能和伤口信号监测：a）使用 N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA] + 溴酚蓝水凝胶检测不同的 pH 值和细菌生长阶段；b）N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA] 水凝胶的电导率。水凝胶的连接完成电路以照亮发光二极管（LED）；c）不同温度下 N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA] 水凝胶在猪皮上的界面阻抗；d）10、20 和 30% 应变下的时间循环压缩应力曲线；e）传感器在不同压缩应变下的相对电阻变化；使用附着在人体皮肤上的 N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA] 水凝胶应变传感器演示实时人体运动检测。f）弯曲食指和 g）弯曲膝盖的电阻-时间变化曲线； h)模拟伤口渗出液及监测N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA]水凝胶传感器的装置示意图；i)渗出液量为0至12.5 µL时，N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA]水凝胶传感器的归一化相对电阻；j) N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA]水凝胶传感器的归一化相对电阻对35至40 °C温度的响应；k)大鼠细菌感染伤口监测示意图；l)大鼠细菌感染开放性伤口诊断照片；记录电阻随时间的变化以监测m)心跳、n)伤口渗出液和o)温度的变化。

水凝胶的止血性能及促进糖尿病慢性伤口愈合

*水凝胶的止血性能及促进糖尿病慢性伤口愈合：a）水凝胶止血机制示意图；b）使用和不使用水凝胶时肝脏的出血情况；c）水凝胶的止血性能；d）糖尿病大鼠全层皮肤缺损及缺损的愈合轨迹；e）第3、7、10天缺损的愈合率；f）第3天和第10天缺损的低倍（比例尺：1 mm）和高倍（比例尺：100 µm）H&E和Masson染色图像；*p < 0.05，**p < 0.01，**p < 0.001，n = 5。

免疫调节和血管化

*免疫调节和血管化：a）免疫荧光染色：CD86标记的M1巨噬细胞以红色表示，CD206标记的M2巨噬细胞以绿色表示，蓝色代表DAPI染色的细胞核。分析在第7天进行，比例尺代表20μm尺度；b）第7天收集的缺损处VEGF和CD31表达的免疫荧光染色和激光散斑对比成像（LSCI）图像；c）CD86标记的M1巨噬细胞和CD206标记的M2巨噬细胞的数量；d）M2巨噬细胞与M1巨噬细胞的数量比例；e）糖尿病慢性创面中VEGF和CD31表达的量。对照组荧光信号强度设为100%；f）不同组别的灌注指数； *p < 0.05，**p < 0.01，**p < 0.001，n = 3。

氧化应激和炎症

*氧化应激和炎症：a）ROS的标记（200μm尺度）和MMP-9、TNF-α、IL-10和IL-6的免疫荧光染色（20μm尺度）。蓝色代表DAPI染色的细胞核。ROS用DHE荧光探针（紫色）标记；b）ROS、c）MMP-9、d）TNF-α和IL-6、e）IL-10产生的荧光信号强度的定量分析，对照组糖尿病慢性伤口中的荧光信号强度设为100％；f）使用N-P/B/SH/[TA（siRNA）@BSA]水凝胶修复糖尿病伤口的机制；*p < 0.05，**p < 0.001，n = 3。