糖尿病慢性伤口往往深受细菌感染和长期炎症的困扰，这就像两只
“
拦路虎
”
，让伤口难以愈合，传统的治疗方法在这种情况下显得有些力不从心。近期，
滨州医学院谢宪瑞教授和侯桂革教授
在
Materials Today Bio
发表研究论文，提出了一种温度响应性自收缩纳米纤维
/
水凝胶（
TSNH
）复合敷料，这种复合敷料的设计灵感来源于传统中药膏药的双层结构，它由电纺聚乳酸
-
三亚甲基碳酸酯（
PLATMC
）纳米纤维和负载抗菌肽
Epinecidin - 1@
壳聚糖（
Epi - 1@CS
）纳米颗粒的甲基丙烯酸明胶（
GelMa
）水凝胶组成。该研究创新性地将机械和生化信号相结合，为糖尿病伤口的治疗提供新思路。
图
1
温度响应型自收缩纳米纤维
/
水凝胶复合敷料促进糖尿病患者愈合的示意图（
a
）
CS-Epi-1
纳米粒子的制备工艺。（
b
）
GelMa
合成路线和功能层水凝胶的制备工艺。（
c
）制备
PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维的工艺，以及
TSNH
复合敷料的制备工艺。（
d
）
TSNH
复合敷料具有机械收缩、抗菌、抗炎、促进血管生成的作用。
一、材料与制备：精妙设计背后的科学原理
研究人员通过巧妙地调整静电纺丝收集器的方向，制备出了具有不同取向的
PLATMC
纳米纤维膜。这其中，随机取向的
PLATMC - R
纳米纤维膜在收缩时毫无规律，就像一盘散沙；单向取向的
PLATMC - U
纳米纤维膜则会沿着纤维轴从圆形变成卷曲状，就像一条被卷起来的丝带；而双向取向的
PLATMC - B
纳米纤维膜能够双向收缩，它的收缩率高，而且机械性能很强。
PLATMC
材料的玻璃化转变温度接近人体体温
37
°
C
，这使得它能够很好地感应伤口处的温度变化，就像一个精准的温度感应器。
图
2
PLATMC
纳米纤维衬底的制备与表征。
(A) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维的
SEM
图像和原理图。
(B) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维示意图。
(C) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维的角度分布图。
(D) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维在
37.8℃
下孵育
90 min
后收缩的照片。
(E) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维收缩示意图。
(F) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维在
37.8℃
时的收缩率。
(G) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维膜的应力应变、
(H)
伸长率、
(I)
拉伸强度和
(J)
杨氏模量。
(K) PLAMC-R
、
PLAMC-U
和
PLAMC-B
纳米纤维的水接触角。
采用离子凝胶法制备的
Epi - 1@CS
纳米颗粒，与
GelMa
混合后形成了特殊的水凝胶。
GelMa
水凝胶本身就像一个温和的
“
守护者
”
，它具有良好的生物相容性，其内部的多孔结构可以让伤口保持湿润，还能帮助排出伤口渗出的液体。当加入纳米颗粒后，水凝胶就像穿上了一层
“
盔甲
”
，交联度、溶胀率和机械强度都得到了提升。而且，
Epi - 1
在水凝胶中的释放过程是缓慢且可控制的，这就像给伤口治疗设置了一个长效的
“
药物仓库
”
。
图
3
功能层水凝胶的制备与表征。
(A) CS
和
CS- epi -1
纳米颗粒的
SEM
、
TEM
和
EDS
图像。
(B) CS
和
CS- epi -1
纳米颗粒粒径分布图。
(C) CS
和
CS- epi -1
纳米粒子的
Zeta
电位。
(D) GelMa
、
G-CS
、
G-CSE
水凝胶的
SEM
图像，以及
TSNH
复合填料的纵剖面。
(E)
水凝胶与猪皮的粘附图像。
(F) GelMa
水凝胶与
PLATMC
纳米纤维膜的粘附图像。
(G) GelMa
水凝胶与
PLA MC
纳米纤维膜的粘附力数据。
(H) GelMa
、
G-CS
、
G-CSE
水凝胶的溶胀率。
(1) GelMa
、
G-CS
、
G-CSE
水凝胶的极限应力图。
(J)“
膏药型
”
复合敷料实物图像。
(K) G-CSE
水凝胶中
Epi-1
在
PBS
中的体外释放曲线。
二、性能测试：多方位验证复合敷料的优势
含有
Epi - 1
的水凝胶在对抗细菌方面表现得非常出色。对于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（
MRSA
）这些常见的
“
捣乱分子
”
，它都能有效地进行抑制。它就像一个
“
细菌杀手
”
，能够阻止细菌生长，破坏它们的生物膜，让细菌难以在伤口上
“
安家落户
”
。
图
4
功能层掺杂
CS-Epi-1
水凝胶的抗菌性能。
(A)
用含有不同浓度
CS-Epi-1
的水凝胶处理后，琼脂板上大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和
MRSA
菌落的代表性照片。不同浓度
CS-Epi-1
水凝胶对大肠杆菌
(B)
、金黄色葡萄球菌
(C)
和
MRSA (D)
的抑菌率。
(E)
不同浓度
CS-Epi-1
水凝胶表面大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和
MRSA
的
SEM
图像。
(F)
含有不同浓度
CS-Epi-1
的水凝胶对金黄色葡萄球菌形成的生物膜的破坏的结晶紫染色及其相应的吸光度
(G)
。
L929
细胞、
NIH3T3
成纤维细胞和
HUVEC
细胞在含有
Epi - 1
的水凝胶上就像在自己的
“
舒适家园
”
里一样，存活率高，增殖情况良好。这说明该水凝胶就像一个
“
友好邻居
”
，毒性很低，还能很好地抵抗细菌粘附。此外，它还能对巨噬细胞极化和炎症因子释放产生积极影响，就像一个
“
炎症调节大师
”
，同时它的溶血率很低，血液相容性很棒，不会对血液系统造成危害。
图
5
CS-Epi-1
掺杂功能层水凝胶的生物相容性研究。
(A) L929
细胞在含有不同浓度
CS-Epi-1
的水凝胶中共培养
1
天和
3
天的荧光图像。
(B) NIH3T3
细胞在含有不同浓度
CS-Epi- 1
的水凝胶中共培养
1
、
3
、
5
天的增殖数据。不同浓度
CS-Epi-1
水凝胶处理后
NIH3T3
细胞迁移的代表性图像
(C)
和迁移率
(D)
。含有不同浓度
CS-Epi-1
的水凝胶对
HUVEC
细胞侵袭的结晶紫染色图像
(E)
和定量数据
(F)
。采用
Elisa
法检测不同水凝胶处理巨噬细胞后
IL-10 (G)
、
TNF-α (H)
、
IL-6 (I)
的表达。
(J)
用含有不同浓度
CS-Epi-1
的水凝胶处理巨噬细胞后，各组巨噬细胞释放一氧化氮的量。
(K)
不同水凝胶的溶血率和溶血照片（插入）。
在糖尿病感染小鼠模型中的研究成果展示。成功构建模型后，
PG - CSE
组伤口愈合率在
7
天和
14
天显著高于其他组，
14
天几乎完全愈合。组织提取物菌落计数显示其抗菌效果好、持久。感染伤口温度高使纳米纤维层能自收缩促伤口闭合，动物实验证明
PG - CSE
复合敷料有效。
图
6
糖尿病感染小鼠模型体内愈合及抗菌活性的研究。
(A)
小鼠糖尿病感染伤口的体内愈合过程示意图。
(B)
各组伤口
0
、
3
、
7
、
10
、
14
天的代表性图像。
(C)
各组第
0
、
3
、
7
、
10
、
14
天创面愈合示意图。
(D)
各组在第
0
、
3
、
7
、
10
、
14
天创面愈合率。
(E)
正常伤口和感染伤口的温度。不同敷料处理的伤口组织提取物在琼脂板上的代表性图像
(F)
和菌落计数结果
(G)
。
组织学染色图像深入呈现伤口愈合过程。第
7
天和
14
天，不同处理组经
HE
、
Masson
染色及免疫组化检测，结果表明
PG - CSE
组上皮结构完整、胶原蛋白沉积好、炎症反应改善，促进伤口向增殖期过渡，对伤口再生修复作用积极
。
图
7
伤口愈合第
7
天和第
14
天的组织学分析。
(A)
第
7
天和第
14
天创面组织
HE
染色图像（
n = 3
）。
(B)
第
7
天和第
14
天创面组织
Masson
染色图像（
n = 3
）。
(C)
第
7
天创面炎症和抗炎因子分布。
(D) Masson
染色评估胶原沉积。
(E)
创面部位
TNF-α
表达水平。
(F)
伤口部位
IL-10
表达水平。
通过免疫荧光染色检测第
7
天伤口相关指标。
PG - CSE
组新血管多、血管密度高，且巨噬细胞数量及
M2
型巨噬细胞标记物表达高，能调节巨噬细胞免疫反应，避免长期炎症，进一步证实复合敷料促进伤口愈合机制，为临床应用提供理论支持。
图
8
第
7
天愈合伤口免疫荧光染色。
(A)
各组创面第
7
天血管内皮标志物
CD31
免疫荧光染色图像。
(C)
各组创面第
7
天巨噬细胞标志物
CD206
和
F4/80
的免疫荧光染色图像。
(B) CD31
染色定量分析（
n = 3
）。
(D) CD206
染色定量分析（
n = 3
）。
(E) F4/80
染色定量分析（
n = 3
）。
三、研究总结与展望：希望与挑战并存
这项研究中的
TSNH
复合敷料创新性地将机械和生化信号相结合，为糖尿病慢性伤口的治疗开辟了新的思路。不过，就像任何科学研究一样，它也存在一些局限性。比如，基底材料的温度响应会受到环境的影响，而且这种敷料目前还不能控制血糖。不过，并没有停下探索的脚步，后续他们将致力于研究降糖药的递送和释放，进一步完善糖尿病慢性感染伤口的治疗策略。有理由相信，这一研究成果会像一颗希望的种子，在未来发芽成长，为更多糖尿病患者带来福音，让他们不再被慢性伤口所困扰。
