西工大张秋禹教授课题组在多功能抗菌水凝胶用于糖尿病创面皮肤再生方面取得新进展

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糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，其中糖尿病溃疡是糖尿病最常见的并发症之一。与普通皮肤创伤不同，糖尿病患者伤口处高血糖易导致细菌感染，目前临床主要处理手段主要是通过抗生素抑制细菌增殖，但细菌出现耐药性后，抗生素将不再起作用。同时，高血糖以及葡萄糖终产物会引发严重的炎症反应，并致使免疫细胞，如中性粒细胞等产生大量活性氧自由基（ROS），进而导致氧化应激损伤细胞和组织。此外，糖尿病患者易发生血管病变，伤口周围血液供应不足、血管再生受损，致使伤口处缺氧，细胞增殖以及细胞外基质合成和重塑受阻，最终导致创伤难以愈合。因此，设计合成一种多功能水凝胶敷料克服上述难题并高效治疗糖尿病溃疡具有重要的临床意义。

近日，西北工业大学化学与化工学院张秋禹教授团队设计合成了两端酚醛基修饰的聚醚F127（FCHO），利用FCHO自组装成胶束的特点，我们将胰岛素封装在FCHO胶束中，然后与聚赖氨酸（EPL）修饰MnO₂（EM）纳米片通过动态亚胺键交联成FEMI水凝胶。该水凝胶表现出良好的注射性、粘附性和自修复性。EM纳米片不但在水凝胶中均匀分布，因其独特的二维纳米结构，通过提供更多的活性交联位点显著提高了水凝胶的成胶速度和机械性能。由于水凝胶快速凝胶和强的组织亲和力，使其与伤口周围组织结合紧密，快速止血。同时，利用EM上裸露的去质子化的-NH₃⁺与细菌紧密接触，破坏了细胞膜的完整性并改变细胞膜通透性，导致细菌渗透裂解。同时结合MnO₂纳米片“纳米刀片”效应，协同抑制耐药菌感染。针对糖尿病伤口处独特的弱酸性和高浓度H₂O₂的微环境，FEMI水凝胶催化其分解产生O₂，降低氧化应激、缓解乏氧状况的同时，响应性释放胰岛素，并通过调控血糖含量，抑制了炎症相关细胞活性，协同改善了伤口微环境，显著加快了糖尿病伤口愈合速度。

图1. FEMI水凝胶促进糖尿病MDR细菌感染皮肤损伤修复示意图

图2. FEMI水凝胶的制备、结构特征以及流变性能研究。

图3. FEMI水凝胶催化H₂O₂分解产生O₂缓解氧化应激、pH和氧化还原双响应释放胰岛素以及体外成纤维细胞增殖研究。

图4. FEMI水凝胶体外抗菌性能以及肝脏穿孔止血。

图5. FEMI水凝胶糖尿病小鼠体内抗耐药菌感染和促进皮肤损伤修复

最后，综合论证了该FEMI水凝胶在耐药菌（MRSA）感染糖尿病小鼠全层皮肤缺损模型中克服氧化应激和乏氧、调节血糖浓度、抑菌和促进皮肤修复等功能。该研究对糖尿病溃疡的治疗提供了新的思路。

以上成果以“Nanoenzyme-Reinforced Injectable Hydrogel for Healing Diabetic Wounds Infected with Multidrug Resistant Bacteria”为题发表在Nano Letters上。论文第一作者为西北工业大学化学与化工学院博士生王慎强，通讯作者为张秋禹教授。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c01371

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