近年来，随着智能材料的进步，人们开始广泛研究和开发适用于可穿戴伤口管理的各种智能伤口敷料。许多这些进步仅限于传感器集成，未能充分解决在现实世界应用中遇到的挑战，并表现出不足的伤口修复能力。伤口愈合过程中微环境的复杂性对治疗方式提出了严格的要求。然而，现有的方法要么集中在治疗效果有限的个别阶段，要么缺乏自主调整伤口微环境复杂性的能力。因此，为及时和全面的治疗开发早期诊断、实时监测和积极的药物输送控制的方法对于管理复杂的慢性伤口具有至关重要的意义。
为解决这一问题，西北大学范代娣教授团队设计了一种纳米复合水凝胶，用于伤口状况的实时监测和综合治疗。单宁酸和含有MMP-9基因的 siRNA 可自组装成可降解的纳米凝胶，并用牛血清白蛋白修饰。将纳米凝胶和 pH 指示剂封装在由降冰片烯二酐改性裸藻多糖合成的双交联水凝胶中。由于硼酸盐键合，水凝胶表现出良好的形状适应性，点击聚合反应导致水凝胶原位快速固化。该系统不仅监测伤口愈合过程中的 pH，温度，伤口渗出物改变和运动，而且还表现出止血，抗菌，抗炎和抗氧化特性，调节巨噬细胞极化，并促进血管组织再生。这种将病理参数监测与综合治疗相结合的治疗方法，为解决与慢性糖尿病创面和感染创面相关的临床问题和挑战提供了广阔的应用前景。该研究工作以题为“Nanocomposite Hydrogel for Real-Time Wound Status Monitoring and Comprehensive Treatment” 的论文发表在新一期的《Advanced Science》上。文章共同第一作者是西北大学雷桓博士和余雪晴博士，该研究得到了中国博士后科学基金，陕西省博士后科研计划，陕西省自然科学基础研究计划青年基金的支持。
图1.用于实时监测伤口状态和整体愈合的纳米复合水凝胶的示意图
图2. TA-siRNA@BSA 纳米凝胶的制备和基因沉默效率通过siRNA（MMP-9） 和 TA自组装形成了 TA-siRNA 纳米凝胶，该研究采用牛血清白蛋白(BSA)在 TA-siRNA 纳米凝胶上制备涂层，与 siRNA 和 TA-siRNA 纳米凝胶相比，TA-siRNA@BSA 纳米凝胶载体表现出增强的细胞内化。此外，用 TA-siRNA@BSA (MMP-9)纳米凝胶处理的细胞中的 MMP-9水平显着低于 LPS 和 siRNA (MMP-9)组，强调了 TA-siRNA@BSA (MMP-9)纳米凝胶的强大的基因沉默效率。
图3. N-P/B/SH/[TA(siRNA)@BSA]水凝胶的物理和化学性质将降冰片烯接枝到裸藻多糖上，然后与 TA-siRNA@BSA 纳米凝胶， LAP和SH-PEG-SH混合，随后加入硼砂。交联网络的第一层包括硼砂和裸藻多糖之间形成的硼酸盐键，拥有属性其动态特性，使水凝胶能够在溶胶和凝胶状态之间振荡，从而促进足够的伤口调节和缝隙填充。随后，使用蓝光照射触发点击聚合反应，能够在交联剂存在下在光照条件下通过原位固化迅速形成二次交联网络层，从而促进水凝胶与伤口表面的粘附。N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶具有良好的杀菌作用。此外，用 TA (siRNA)@BSA 纳米凝胶增强的 N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶的自由基清除效力显着超过了 N-P/B/SH 水凝胶，强调了 TA 的抗氧化能力在这种情况下的重要作用。此外，两种水凝胶对 OH 和 O2-自由基的清除能力均优于 DPPH、 ABTS+ 自由基，甚至超过100μm 抗坏血酸。N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝不仅具有无毒性质，而且能刺激细胞增殖，迁移及血管形成。同时，N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶能有效调节巨噬细胞分泌，促进微环境从促炎状态向抗炎状态的转变。利用溴酚蓝负载的水凝胶能够连续监测感染状态，在不同 pH 范围(7.0-4.5)的 PBS 溶液中温育1小时后，N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA)水凝胶敷料从石板蓝色调转变为淡黄绿色调指示其实时可视化细菌感染的潜力，与此同时N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA)水凝胶还表现出非凡的应变传感，温度传感，渗出物传感能力，表明其在监测糖尿病患者的长期慢性炎症创伤方面巨大的前景。动物伤口愈合实验表明。在第10天，N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶组显示出最小的伤口面积，N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶组的表皮结构已经完全再生，在真皮层中具有可观察到的血管和其他组织附着物，从而强调了水凝胶在促进伤口闭合方面的功效。N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶组表现出最显着的 M2型巨噬细胞的丰度，表明其促进巨噬细胞极化的能力。N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶表现出最高的 VEGF 和 CD31表达水平，与其对应物相比，血管计数显着增加。这些发现强调了 N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶强大的新血管生成诱导潜力。N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶可以促进细胞内抗氧化作用，N-P/B/SH 水凝胶和 N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶缓解 IL-6和 TNF-α 水平，同时不同程度地提高 IL-10表达，N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶显示出最显着的效果。这些发现强调了 N-P/B/SH/[ TA (siRNA)@BSA ]水凝胶在组织微环境中促进从促炎状态到抗炎状态的转变的能力，从而减轻炎症并促进伤口愈合。总之，该研究率先开发了一种纳米复合水凝胶，用于实时监测伤口动力学和整体治疗。除了在整个愈合过程中跟踪 pH 值、温度、渗出物变化和蠕动外，这种水凝胶还具有多方面的功能，包括止血、抗菌、抗炎和抗氧化特性。此外，它协调巨噬细胞极化和促进血管组织再生。最终，该设想的平台将病理监测与综合治疗干预相结合，预示着生物医学努力的前景。
全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202405924
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