蔡开勇/冯茜/于永生/米博斌AFM：基于硫脲-阳离子螯合水凝胶开发促糖尿病创面修复的抗菌敷料

糖尿病已成为继肿瘤和心血管疾病之后对人类健康构成威胁的第三大慢性疾病。糖尿病患者长期高血糖浓度严重影响身体正常功能，引发一系列并发症，其中糖尿病足溃疡（ DFU ）是最常见的并发症之一。细菌感染是阻碍慢性伤口愈合的重要原因之一，而现有的抗生素治疗可能导致耐药细菌问题。目前 Ag ⁺ 、 Cu ²⁺ 、 Zn ²⁺ 离子交联抗菌水凝胶敷料在临床应用中取得了进展。然而，释放的金属离子的毒性也不容忽视。因此，开发新型的治疗手段以缩短糖尿病伤口愈合时间变得迫切需要。

重庆大学的 蔡开勇、冯茜 教授团队、中科院重庆绿色智能技术研究院 于永生 副研究员及华中科技大学附属协和医院 米博斌 副教授 共同 提出了一种基于硫脲基团的阳离子交联水凝胶的通用制备方法，这种水凝胶能够在低阳离子浓度下快速凝胶化，并实现阳离子的长期稳定释放，平衡抗菌性和生物相容性。并以硫脲修饰透明质酸 (HA-NCSN) 与 Ag ⁺ (HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶 ) 混合形成的水凝胶为例，深入探讨了这种水凝胶的特点和应用潜力。 该研究以“ Thiourea-cation chelation based hydrogel and its application as antibacterial dressing for the repair of diabetic wound ”为题发表在 24 年的《 Advanced Functional Materials 》上。

【 制备工艺 】

HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶的制备：

酰肼接枝透明质酸 (HA- ADH) 的合成：将 2 g 透明质酸钠 (HA) 溶于 200 mL 吗啉乙磺酸溶液 (0.5% w/v, pH 6.5) 中。然后，在溶液中加入 4.792 g N-(3- 二甲氨基丙基 )-N ' - 乙基碳二亚胺盐酸盐 (EDC) 和 3.838 g 1- 羟基苯并三唑 (Hobt) ， 37℃ 搅拌 2 h ，再加入 6.968 g 己二酸二肼 (ADH) ，室温搅拌 22 h ，所得溶液用去离子水透析 (MWCO 8−12 kDa) 纯化三天。最后，透析后的溶液在真空下冷冻干燥，得到纯化产物。

硫脲接枝透明质酸 (HA-NCSN) 的合成：首先，将 1g HA-ADH 溶解于 100 mL 去离子水中。然后将 2 g 异硫氰酸甲酯溶于 5 mL 二甲基亚砜 (DMSO) 中，与上述溶液混合。溶液在含氮环境中搅拌了三天。所得溶液分别用 NaCl 溶液和去离子水透析 (MWCO 8−12 kDa) 纯化三天。最后，透析后的溶液在真空下冷冻干燥，得到纯化产物。

芒果苷纳米颗粒 (MF NPs) 的合成：首先，将 500 mg 芒果苷溶解于 1 mL DMSO 中，并缓慢滴入搅拌好的去水 (1200 rpm) 中。搅拌 30 分钟后，用去离子水清洗三次。最后，透析后的溶液在真空下冷冻干燥，得到纯化产物。

水凝胶的制备：将 10 μ L AgNO ₃ 溶液 (1.2 、 1.5 、 1.7 wt%) 加入 90 μ L HA-NCSN 水溶液 (5 wt%) 中，制备 HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶。并在后续实验中加入 MF NPs(2%) 。

【 文章亮点 】

1 、新型水凝胶设计： 提出了一种基于硫脲基与阳离子之间强螯合作用的新型通用交联水凝胶制备方法。这种方法可以保证低阳离子浓度下的快速胶凝和阳离子的长期稳定释放。

2 、动态交联特性： 由于硫脲 -Ag ⁺ 交联的动态特性，成型的 HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶可以再注射进行重塑，二次注射过程对该水凝胶的力学性能没有负面影响，该水凝胶展现出了“先凝胶化包封，必要时注射覆盖伤口”的特性。

3 、抗氧化性能： 将芒果苷（ Mangiferin ）自组装成纳米颗粒（ MF NPs ）负载到水凝胶中，增加了水凝胶的抗氧化和抗炎性能。

4 、多重治疗效果： 研究表明该水凝胶敷料在糖尿病伤口治疗中的潜力，包括长期抗菌、清除过量活性氧（ ROS ）、重塑炎症巨噬细胞（ M1 到 M2 ）和促进血管生成。

图 1 通过硫脲 - 阳离子配位交联制备了一系列透明质酸基水凝胶。

图 2 HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶 的溶胀、降解、自修复和注射性能。

图 3 HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶的力学性能。

图 4 HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶的粘附性能。

图 5 MF 纳米颗粒负载到 HA-NCSN/Ag ⁺ 水凝胶上作为糖尿病创面修复敷料的示意图。

图 6 Gel 、 Gel@MF 和 Gel@MF NPs 的药物释放、血液相容性、抗菌性能和抗氧化性能。

图 7 Gel 和 Gel@MF NPs 的体外表征。

图 8 Gel 和 Gel@MF NPs 对小鼠糖尿病创面模型的治疗效果。

图 9 Gel@MF NPs 在体内巨噬细胞转化和血管生成中的作用。

参考文献：

Meng, W. et al. Thiourea ‐ Cation Chelation Based Hydrogel and its Application as Antibacterial Dressing for the Repair of Diabetic Wound. Advanced Functional Materials 34, 2314202 (2024).

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202314202