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  糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝性疾病，其中糖尿病潰瘍是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一。與普通皮膚創(chuàng)傷不同，糖尿病患者傷口處高血糖易導(dǎo)致細(xì)菌感染，目前臨床主要處理手段主要是通過抗生素抑制細(xì)菌增殖，但細(xì)菌出現(xiàn)耐藥性后，抗生素將不再起作用。同時，高血糖以及葡萄糖終產(chǎn)物會引發(fā)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)，并致使免疫細(xì)胞，如中性粒細(xì)胞等產(chǎn)生大量活性氧自由基（ROS），進(jìn)而導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷細(xì)胞和組織。此外，糖尿病患者易發(fā)生血管病變，傷口周圍血液供應(yīng)不足、血管再生受損，致使傷口處缺氧，細(xì)胞增殖以及細(xì)胞外基質(zhì)合成和重塑受阻，最終導(dǎo)致創(chuàng)傷難以愈合。因此，設(shè)計合成一種多功能水凝膠敷料克服上述難題并高效治療糖尿病潰瘍具有重要的臨床意義。

  近日，西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張秋禹教授團(tuán)隊設(shè)計合成了兩端酚醛基修飾的聚醚F127（FCHO），利用FCHO自組裝成膠束的特點，我們將胰島素封裝在FCHO膠束中，然后與聚賴氨酸（EPL）修飾MnO₂（EM）納米片通過動態(tài)亞胺鍵交聯(lián)成FEMI水凝膠。該水凝膠表現(xiàn)出良好的注射性、粘附性和自修復(fù)性。EM納米片不但在水凝膠中均勻分布，因其獨特的二維納米結(jié)構(gòu)，通過提供更多的活性交聯(lián)位點顯著提高了水凝膠的成膠速度和機(jī)械性能。由于水凝膠快速凝膠和強(qiáng)的組織親和力，使其與傷口周圍組織結(jié)合緊密，快速止血。同時，利用EM上裸露的去質(zhì)子化的-NH₃⁺與細(xì)菌緊密接觸，破壞了細(xì)胞膜的完整性并改變細(xì)胞膜通透性，導(dǎo)致細(xì)菌滲透裂解。同時結(jié)合MnO₂納米片“納米刀片”效應(yīng)，協(xié)同抑制耐藥菌感染。針對糖尿病傷口處獨特的弱酸性和高濃度H₂O₂的微環(huán)境，F(xiàn)EMI水凝膠催化其分解產(chǎn)生O₂，降低氧化應(yīng)激、緩解乏氧狀況的同時，響應(yīng)性釋放胰島素，并通過調(diào)控血糖含量，抑制了炎癥相關(guān)細(xì)胞活性，協(xié)同改善了傷口微環(huán)境，顯著加快了糖尿病傷口愈合速度。

圖1. FEMI水凝膠促進(jìn)糖尿病MDR細(xì)菌感染皮膚損傷修復(fù)示意圖

圖2. FEMI水凝膠的制備、結(jié)構(gòu)特征以及流變性能研究。

圖3. FEMI水凝膠催化H₂O₂分解產(chǎn)生O₂緩解氧化應(yīng)激、pH和氧化還原雙響應(yīng)釋放胰島素以及體外成纖維細(xì)胞增殖研究。

圖4. FEMI水凝膠體外抗菌性能以及肝臟穿孔止血。

圖5. FEMI水凝膠糖尿病小鼠體內(nèi)抗耐藥菌感染和促進(jìn)皮膚損傷修復(fù)

  最后，綜合論證了該FEMI水凝膠在耐藥菌（MRSA）感染糖尿病小鼠全層皮膚缺損模型中克服氧化應(yīng)激和乏氧、調(diào)節(jié)血糖濃度、抑菌和促進(jìn)皮膚修復(fù)等功能。該研究對糖尿病潰瘍的治療提供了新的思路。

  以上成果以“Nanoenzyme-Reinforced Injectable Hydrogel for Healing Diabetic Wounds Infected with Multidrug Resistant Bacteria”為題發(fā)表在Nano Letters上。論文第一作者為西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士生王慎強(qiáng)，通訊作者為張秋禹教授。

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