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武汉理工赵政 Int. J. Biol. Macromol.:pH响应的抗菌抗氧化自愈合水凝胶用于加速糖尿病伤口愈合和实时监测

老酒高分子 高分子科技
2024-09-08
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糖尿病伤口不仅会导致额外的长期治疗费用,如果治疗失败,还会导致截肢甚至死亡。糖尿病伤口由于高活性氧微环境、反复感染和伤口敷料的结构形状容易损坏而难以愈合。而且,早期识别感染或未愈合的伤口可以帮助及时调整治疗。糖尿病伤口的常规治疗包括清创术、伤口敷料和抗生素。然而,由于糖尿病伤口的复杂微环境,单一治疗是无效的。水凝胶具有高度的生物相容性和与天然细胞外基质组成的相似性,在伤口修复领域越来越收到关注。因此,临床上需要开发多功能水凝胶敷料来治疗糖尿病伤口并监测伤口愈合状态。



近日,武汉理工大学赵政研究员课题组将季铵盐羧甲基壳聚糖(QCMCS)、氧化海藻酸钠(OSA)与碳量子点(CQD)结合,通过进一步浸渍在单宁酸(TA)溶液中制备了一种pH响应的TA/QCMCS/OSA@CQD抗菌抗氧化自愈合水凝胶。在该水凝胶中,QCMCS与OSA形成第一重凝胶网络,TA与QCMCS、OSA形成第二重凝胶网络,CQD通过席夫碱键与QCMCS相连接,有效防止了CQD的突释。此外,TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶良好的抗氧化性能有利于快速清除糖尿病伤口多余的ROS,加速糖尿病伤口愈合。不仅如此,经该水凝胶处理后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,死亡率达到了99%。通过对不同pH(5~8)下水凝胶的荧光强度进行量化分析,拟合度达到了99%,这说明TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶能感知周围的pH环境,并且能做出有效的反馈。
基于该水凝胶良好的抗氧化性能、抗菌性能和生物相容性,将其作为糖尿病伤口敷料考差了其对糖尿病伤口的修复效果。在糖尿病伤口模型中,该水凝胶表现出优于商用敷料TegadermTM的修复效果。这得益于TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶对伤口的持续保护,避免了细菌的入侵,以及该水凝胶中TA活性小分子的持续释放,有效的调控了糖尿病伤口部位的炎症微环境。组织切片分析结果表明,经TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶处理后组织生长密度紧实、胶原沉积更多以及新生血管增多。这说明TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶具有更优的加速糖尿病伤口修复效果。此外,通过采集伤口部位水凝胶的荧光图像,可以准确获得糖尿病伤口的愈合情况,从而对糖尿病伤口进行实时监测。因此, TA/QCMCS/OSA@CQD 水凝胶在糖尿病伤口护理方面具有良好的潜力,为开发智能、实时诊断和及时伤口治疗提供了新思路。

图1. TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶的制备及其促糖尿病伤口愈合及实时监测应用

图2. TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶的自愈合性能和机械性能

图3. TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶的体外pH值实时监测图

图4. TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶的抗菌性能

图5. TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶的体内伤口愈合实验

图6.TA/QCMCS/OSA@CQD水凝胶对糖尿病小鼠全层伤口pH的实时监测
该研究以“A pH responsive tannic acid/quaternized carboxymethyl chitosan/oxidized sodium alginate hydrogels for accelerated diabetic wound healing and real-time monitoring” 为题发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室博士生杨志飞为第一作者,赵政研究员为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金面上项目、湖北省自然科学基金、海南省自然科学基金联合基金和武汉市知识创新专项项目等支持。


原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.130741


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