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  糖尿病患者的皮膚一旦受到損傷，極易被細菌感染形成感染的糖尿病傷口，難以愈合。感染的糖尿病傷口部位的高濃度葡萄糖水平可以誘導內皮細胞損傷和細胞器功能障礙，阻礙新生血管形成，從而引發了一連串反應，導致感染糖尿病傷口形成復雜的微環境。感染糖尿病傷口的復雜微環境形成往往會引發炎癥級聯反應產生過量的活性氧，導致反復細菌感染和細菌生物膜的形成，使得內皮細胞和上皮細胞大量凋亡，從而阻礙血管生成和組織重建。因此，加速感染糖尿病傷口愈合往往需要協同促進血管生成、清除過量活性氧、消除細菌和生物膜以調節傷口微環境。

  外源性電刺激可以增強內源性電場以調節傷口微環境，從而加速感染性糖尿病患者的傷口愈合。作為一種自供電器件，壓電納米發電機具有成本低、便攜、靈活和非侵入性等特點，可以放置在患者身上或傷口附近，將機械能轉化為電刺激，從而調節傷口微環境。微針貼片可以透傷口結痂和細菌生物膜等物理屏障，將負載的各種功能物質（例如藥物、納米顆粒和金屬有機框架）輸送到受感染的糖尿病傷口處，以改善傷口微環境。由于感染的糖尿病傷口具有復雜的傷口微環境，因此，將壓電納米發電機和多功能的微針貼片相結合，可以有效地協同調節感染的糖尿病傷口微環境，加速感染的糖尿病傷口愈合。

  近日，東南大學生物科學與醫學工程學院葛麗芹教授課題組和中大醫院重癥醫學科劉玲教授合作，設計了一種多功能自供電微針貼片用于促進感染的糖尿病傷口愈合。制備的壓電納米發電機作為自供電裝置收集機械能轉化為電能，通過導電的微針貼片將電刺激傳遞到傷口部位。制備的多功能微針貼片具有優異的黏附性能、抗氧化性能、止血性能、促血管生成性能、抗菌和抗細菌生物膜性能。通過微針貼片和電刺激的協同作用可以調節傷口微環境，從而促進感染的糖尿病傷口愈合。

  在這項工作中，該課題組致力于設計一種集成負載GDZ納米顆粒的多功能微針貼片（GDZ@mMNP）和壓電納米發電機（PENG）的多功能自供電微針貼片（GDZ@mMNP-PENG），用于調節傷口微環境，從而加速感染的糖尿病傷口愈合。首先，通過靜電紡絲工藝制備了具有壓電性能的聚偏二氟乙烯-鈦酸鋇（PVDF-BT）納米纖維膜，然后通過層層組裝技術將壓電PVDF-BT膜組裝成PENG。然后，通過一步法制備負載去鐵胺（DFO）的ZIF-8納米顆粒（DZ NPs），再在DZ NPs表面負載上沒食子酸（GA）形成具有抗氧化、抗菌、促血管生成性能的GDZ納米顆粒。接下來，通過兩步工藝制備GDZ@mMNP微針貼片。

  首先，將GDZNPs、導電聚合物甲基丙烯酰明膠-聚吡咯（GelMA-PPy）、交聯劑PEGDA和光引發劑LAP超聲分散到GelMA溶液中，通過光交聯得到負載GDZNPs的導電水凝膠微針針尖。然后將GelMA-PPy溶液、GDZNPs分散液和透明質酸-多巴胺（HA-DA）溶液依次沉積，制備了負載GDZNPs的導電微針襯底。自供電的PENG可以將生物力學轉化為電刺激，以促進感染的糖尿病傷口修復。GDZ@mMNP可以破壞細菌生物膜，將GDZ NPs傳遞到酸性感染的糖尿病傷口部位。在酸性微環境下釋放的Zn²⁺和GA使GDZ@mMNP具有優異的抗菌性能和抗菌膜性能。由于含有豐富的酚羥基，GDZ@mMNP具有良好的組織粘附性、止血和抗氧化性能。體外實驗表明，GDZ@mMNP-PENG通過將PENG產生的電刺激與GDZ@mMNP釋放的DFO和Zn²⁺結合，可以明顯促進細胞的增殖和遷移。更重要的是，體內實驗表明GDZ@mMNP-PENG可通過下調炎癥因子表達抑制炎癥反應、上調血管生成因子表達促進血管生成、促進表皮重建和膠原再生等多種機制調節傷口微環境，加速感染糖尿病傷口愈合。同時，GDZ@mMNP-PENG主要由天然生物聚合物構成，對主要器官無明顯損傷，具有良好的體內生物相容性。

  此外，通過蛋白質組學分析證明了GDZ@mMNP-PENG可以下調金黃色葡萄球菌感染和中性粒細胞胞外陷阱的形成，上調AMPK信號通路和HIF-1信號通路，消除細菌和炎癥，促進血管生成，重塑細胞外基質。總之，這項工作將電刺激治療與多功能微針貼片相結合，為糖尿病感染傷口的修復提供了潛在的臨床應用。

  該研究論文以“Multifunctional microneedle patch synergized with electrical stimulation to regulate microenvironment for enhanced healing of infected diabetic wounds”為題于2025年1月在《Chemical Engineering Journal》上發表，東南大學博士生李維坤為第一作者，葛麗芹教授和劉玲教授為該論文共同通訊作者。

  原文鏈接: Weikun Li, Xin Tan, Yanling Liang, Nuoya Chen, Diyi Feng, Yinghua Tao, Tao Liu, Xiaojing Wu, Huiqing Lu, Ling Liu, Feiling Feng, and Liqin Ge. Multifunctional microneedle patch synergized with electrical stimulation to regulate microenvironment for enhanced healing of infected diabetic wounds.  Chemical Engineering Journal, 2025, 159255.

  DOI: 10.1016/j.cej.2025.159255

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159255