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南京工業大學毛宏理教授和顧忠偉教授團隊 AFM:具有微環境pH調控能力的多功能糖肽基水凝膠促進糖尿病傷口愈合
2023-05-03  來源:高分子科技

  糖尿病并發癥是其晚期患者主要致死原因之一,其中糖尿病足尤為嚴重。持續的血管損傷、炎癥失調、大量細菌侵襲等問題使得糖尿病創面愈合困難。另外,皮膚組織的修復是多細胞協同作用實現的,炎癥細胞、內皮細胞、成纖維細胞等多種類型細胞參與創面愈合的不同階段,實現皮膚損傷完全愈合。然而,糖尿病患者失調的生理環境(如pH、氧氣水平、葡萄糖水平)極大程度的影響了多細胞的協同作用,使得細胞調節失衡,延緩了傷口愈合的速度。其中pH作為傷口最基本的參數之一,強烈影響著細胞調節過程(如蛋白合成,酶活性以及蛋白運輸等)。因此,在糖尿病傷口愈合過程中適當的調節pH微環境能夠有效加速傷口愈合。然而,從調節創面微環境pH的角度出發,開發新型糖尿病傷口治療材料相關研究鮮有報道。


  針對上述問題,南京工業大學材料科學與工程學院毛宏理教授和顧忠偉教授團隊創新性地構建了一種可在不同階段連續智能地調節微環境pH的多功能水凝膠。該水凝膠體系由富含酰肼基團的己二酸二酰肼修飾的透明質酸和富含羧基基團的聚6-氨基己酸組成,可以在糖尿病創面環境中釋放和吸收H+,從而實現糖尿病創面pH環境的調節。在糖尿病創面初期,中性偏堿性的微環境使得水凝膠中大量羧基脫質子化釋放H+,從而降低環境pH值呈弱酸性;此后由于水凝膠的過度溶脹使得內部大量的酰肼基團暴露,傷口環境中游離的H+逐漸被吸附形成NH3+的結構,使得環境pH值緩慢上升呈中性。利用糖尿病小鼠皮膚缺損模型,驗證了該水凝膠體系在促進糖尿病傷口修復中的重要作用。在愈合的前期階段(炎癥)中,改性透明質酸/聚6-氨基己酸水凝膠使得傷口環境由弱堿性往弱酸性轉變,傷口環境中的巨噬細胞識別了這種pH變化,使其自身往M2型極化,加速渡過炎癥階段。在愈合中后期,傷口環境由弱酸性向中性轉變,這更利于成纖維細胞的募集和膠原的重塑。此外,創面組織微環境這種堿-酸-中性的動態變化更利于新血管的形成,最終達到加速糖尿病傷口愈合的目的。綜上,該研究所設計構建的多功能糖肽基水凝膠在糖尿病傷口修復治療具有很大的應用潛力,可為糖尿病傷口的治療提供新的策略。該研究成果發表在國際重要刊物《Advanced Functional Materials》上。(Glycopeptide-Based Multifunctional Hydrogels Promote Diabetic Wound Healing through pH Regulation of Microenvironment. 2022,DOI:10.1002/adfm.202215116)。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中央本級重大增減支項目、江蘇省重點研發項目等基金的資助和支持。 


圖1具有多功能特性的HPADN水凝膠的合成示意圖,及其在糖尿病傷口愈合和皮膚重建中的應用。A) HPADN水凝膠的制備。B) HPADN水凝膠的pH調節機制。C)皮膚修復機制。
 

圖2. 皮膚組織最終愈合效果(傷口愈合面積、肉芽組織厚度)。 


圖3. 皮膚組織愈合各階段過程(巨噬細胞極化、血管再生)。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202215116

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(責任編輯:xu)
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