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重庆活性氧消除粉水凝胶加速创面愈合

2021-06-11

重庆活性氧消除粉水凝胶加速创面愈合


细菌感染一直是皮肤伤口的一大威胁,尤其是严重影响了糖尿病患者的创面愈合。众所周知,伤口或细菌感染产生的活性氧(ROS)会进一步阻碍伤口愈合。针对这一问题,苏州大学刘庄教授团队在Biomaterials上发表了题为“ROS-scavenging hydrogel to promote healing of bacteria infected diabetic wounds”的研究性论文,利用响应型交联剂交联的聚乙烯醇,研制了一种清除活性氧的水凝胶。制备的水凝胶可作为ROS清除剂,通过降低ROS水平和上调创面周围M2表型巨噬细胞,促进创面愈合。而在伤口中形成的水凝胶可以释放治疗药物,用以响应存在于伤口微环境中的内源性ROS。


创面愈合受损,尤其是糖尿病创面的愈合,是临床高血糖患者常见的困境。作者通过混合聚乙烯醇(PVA)和3-联胺(TPA),由苯基硼酸和醇的羟基反应交联快速地形成ROS响应型水凝胶。在磷酸盐缓冲盐(PBS)中加入不同浓度的双氧水(H2O2),对ROS响应水凝胶的降解能力进行评价。


由于ROS在伤口愈合中发挥非常重要的作用,基于体外水凝胶对H2O2的高效清除,作者研究了该水凝胶在体内对ROS的清除以及伤口愈合的作用。结果均表明,ROS响应型水凝胶对ROS的清除具有促进创面愈合的作用。


接下来作者详细研究了水凝胶处理后伤口微环境的体内变化。M2表型巨噬细胞和调节性T细胞(Treg)可促进血管生成和胶原蛋白生成,在创面愈合等组织再生中发挥重要作用。因此,经过一系列治疗后测量了创面周围的免疫细胞变化。结果显示,在水凝胶处理的伤口中M2表型巨噬细胞显著增加(图3B和3C)。同时通过超声和光声成像系统检测创面损伤处的血氧合水平。以上结果表明,制备的水凝胶可通过减少各种炎性细胞因子的分泌,增加创面周围M2表型巨噬细胞的数量、提高CD31的表达和整合素(integrin)3的水平,有效促进创面愈合和功能血管的形成。


之后进行体内创伤模型的研究。在此作者发现,联合治疗可显著促进感染后伤口的体内愈合。并在此基础上,研究了不同治疗方法在感染后第3天创面微环境的变化。结果均表明,与MP和GM-CSF共负载的活性氧清除水凝胶对治疗感染创面有很好的效果。


此外,作者还针对金黄色葡萄球菌(S.a.u)感染的糖尿病小鼠的创面愈合情况进行研究。基于健康小鼠创面愈合的结果进行药物治疗,得出结果表明,MP+G@水凝胶治疗可以显著加速糖尿病小鼠感染伤口的愈合。然后,评估了不同治疗方法诱导的糖尿病小鼠创面微环境的变化。得出的结果有力地证明了MP+G@水凝胶能更有效地促进S.a.u感染的糖尿病小鼠创面的愈合。


在本研究中,作者设计了一种ROS响应型水凝胶,能够有效清除创面处ROS,并将其应用于治疗糖尿病创面细菌感染。这种ROS清除水凝胶本身可以降低炎症反应,减少促炎性细胞因子的分泌,增加M2表型巨噬细胞数量,触发创面周围新血管和胶原的生成,促进健康小鼠以及糖尿病小鼠创面的愈合。同时,装载的抗生素mupirocin和细胞因子GM-CSF在水凝胶中可以有效释放,降低创伤内源性ROS,从而消除S.a.u感染和加速创面的愈合。因此,作者提供了一种可装载不同治疗成分的ROS响应型水凝胶,可在多种复杂情况下有效地进行伤口修复,在治疗糖尿病感染等难以愈合的伤口中具有非常广泛的应用前景。。
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