新型水凝胶敷料为糖尿病足溃疡治疗带来新希望
新型水凝胶敷料为糖尿病足溃疡治疗带来新希望
糖尿病足溃疡（DFU）是糖尿病常见的慢性并发症之一，不仅伴随着难以消退的炎症问题，还极易引发微生物群感染，导致患者伤口长期无法愈合。目前，针对DFU的治疗手段存在诸多局限性，如长期使用抗炎药物会削弱免疫系统，过度使用抗生素会破坏正常菌群平衡。近日，河南省肿瘤医院张文周教授团队和沈阳药科大学宋宜霖副教授团队在《Biomaterials》杂志发表研究，开发了一种新型水凝胶敷料（MGTSe），为DFU的治疗提供了新的解决方案。
研究背景
糖尿病足溃疡（DFU）是糖尿病常见的慢性并发症之一，不仅伴随着难以消退的炎症问题，还极易引发微生物群感染，导致患者伤口长期无法愈合。目前，针对DFU的治疗手段存在诸多局限性，如长期使用抗炎药物会削弱免疫系统，过度使用抗生素会破坏正常菌群平衡。
研究设计与材料
研究团队设计并合成了一种基于生物化学策略的新型复合水凝胶敷料（MGTSe）。这种敷料由零价硒纳米粒子（Se NPs）、海藻糖（Tre）共功能化的海藻酸盐（Alg）和聚丙烯酰胺（Pam）组成。其中，海藻糖可修复水凝胶网络结构的缺陷，同时作为抗粘附剂，通过减少细菌与破损部位组织细胞的结合，防止细菌破坏免疫系统。Se可根据生物化学策略原位合成硒蛋白，显著减少促炎细胞因子的分泌。
图1. 基于生物化学策略的MGTSe水凝胶共调控DFU免疫-微生物示意图
材料表征与性能测试
研究团队对MGTSe水凝胶进行了详细的结构表征和性能测试。透射电子显微镜（TEM）图像显示，Se NPs呈现均匀的球形结构。扫描电子显微镜（SEM）图像显示出水凝胶的典型多孔结构。红外光谱分析证明了MGTSe水凝胶的成功合成。热重分析（TG）曲线显示，由于海藻糖的修复作用，水凝胶的热稳定性得到提高。
图2. 水凝胶的合成及结构表征
力学性能测试表明，加入海藻糖显著增强了水凝胶的力学性能，而硒的加入对其影响较小。MGTSe水凝胶在猪皮上展现出良好的黏附性能，满足了实际应用中的强度要求。流变学试验证明了水凝胶具有良好的粘弹性和结构稳定性，并具备一定的自愈能力。
图3. 水凝胶的力学性能、黏附性能和流变学表征
生物相容性与免疫调节效果
体外实验结果显示，MGTSe水凝胶无显著细胞毒性，并具有较好的抗氧化效果，适合用于组织修复和伤口愈合。MGTSe水凝胶通过SeCys2途径原位合成硒蛋白，显著减少促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）的分泌，并通过清除ROS抑制NF-κB通路，诱导p-IκBα、p-iKKα/β和p65的下调，削弱其介导的免疫过程。
图4. 硒蛋白的原位合成和免疫调节
同时，MGTSe水凝胶能够引导巨噬细胞从促炎状态向抗炎和组织修复状态转变。经MGTSe水凝胶处理后，巨噬细胞向M1型极化的比例显著降低，CD86（M1型巨噬细胞的标志物）的表达量明显减少；而向M2型极化的巨噬细胞比例大幅增加，CD206（M2型巨噬细胞的标志物）的表达显著升高。
图5. MGTSe水凝胶的体外免疫调节性能
抗菌效果
在体外实验中，MGTSe水凝胶对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）均表现出优异的抗菌能力，其抗菌效果优于单独使用海藻糖或硒纳米颗粒的组别，证明协同抗菌效果良好。
图6. 不同水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性
体内实验结果
在糖尿病小鼠模型上进行的体内实验显示，MGTSe水凝胶展现出显著的治疗效果。结果显示，MGTSe组的伤口愈合速度最快，伤口面积在第7天减少了83.3%，第10天几乎完全愈合，相比之下，未处理的糖尿病组伤口愈合缓慢。此外，MGTSe水凝胶显著降低了伤口部位的炎症因子表达水平（如ROS, IL-1β, IL-6等），并通过促进胶原蛋白沉积和血管新生，加速了伤口的重塑过程。
图7. MGTSe水凝胶对DFU的治疗作用
通过16S rRNA测序技术发现：MGTSe水凝胶能够显著增加伤口微生物群落的丰富度和多样性，改变微生物群落的组成。特别是，MGTSe水凝胶显著提高了有益菌的丰度，同时降低了有害菌的比例。这种微生物群落的调节作用为伤口愈合提供了良好的微环境，进一步证明了MGTSe水凝胶在DFU治疗中的临床价值。
图8. MGTSe水凝胶介导的伤口处微生物群调控
结论
这项研究开发的MGTSe水凝胶敷料可通过原位合成硒蛋白，实现对DFU伤口微生物和免疫系统的双重调节，展现出较好的抗菌、抗炎和促进DFU伤口愈合能力，为DFU的临床治疗提供了新思路和可能性。