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西安交大郭保林教授團隊 Adv. Mater.:具有自切換類酶活性的葡萄糖激活程序化水凝膠用于感染糖尿病傷口的自適應治療
2025-02-18  來源:高分子科技

  糖尿病在全球范圍內影響著超過4.63億人的健康,而糖尿病足潰瘍作為其最嚴重的并發(fā)癥之一,直接導致了患者截肢率和死亡率的增加。糖尿病患者由于血糖調節(jié)機制的失效,常常面臨細菌感染、細胞氧化應激和血管損傷等問題,這些問題共同作用導致慢性傷口愈合延遲。在糖尿病傷口的微環(huán)境中,活性氧(ROS)對抗菌治療至關重要,且控制在適當的濃度范圍內可以促進血管生成和細胞外基質重塑,但其過量產生又會導致修復過程細胞外基質合成紊亂和細胞因子功能障礙,形成惡性循環(huán)。鑒于糖尿病傷口復雜的微環(huán)境,如何實現在創(chuàng)面感染階段產生ROS抗菌和修復階段選擇性清除ROS緩解氧化應激的雙向調節(jié),在最大限度地提高糖尿病創(chuàng)面愈合速度和修復質量方面極具挑戰(zhàn)性。


圖1 葡萄糖激活程序化水凝膠用于感染糖尿病傷口愈合的示意圖。


  近期,西安交通大學前沿科學與技術研究院郭保林教授團隊設計了一種程序化水凝膠(CPAN─AMP),水凝膠由苯硼酸改性殼聚糖(CP)、疏水性2-硝基咪唑(NI)改性海藻酸鈉(AN)和苯硼酸修飾Au-MoS2納米酶(AMP)組成。通過在MoS2納米酶表面原位沉積Au納米粒子,進一步通過Au-S鍵對Au-MoS2納米酶表面修飾苯硼酸,構建了一種具有多種酶樣活性納米酶AMP。缺氧敏感的2-硝基咪唑誘導兩親性AN在水相中自發(fā)卷曲形成微膠囊用于包裹胰島素,可以在低氧條件下實現胰島素按需輸送。CP通過硼酸酯鍵、靜電力和氫鍵將上述兩種功能組分交聯以制備CPAN-AMP水凝膠。在高血糖環(huán)境中,CPAN-AMP通過催化葡萄糖氧化產生ROS來殺死細菌。在葡萄糖氧化后加劇的缺氧環(huán)境中,兩親性AN中疏水性硝基咪唑被體內生物還原反應轉化為親水性氨基咪唑,擾亂微膠囊的親水性-疏水性平衡,實現按需釋放胰島素。在正常血糖環(huán)境中,CPAN-AMP通過自切換類抗氧化酶活性釋放氧氣抑制缺氧敏感微膠囊的結構轉變,緩解組織缺氧。


圖2 水凝膠的類酶活性和智能胰島素釋放。


  綜上所述,這項研究通過開發(fā)一種新型的葡萄糖激活自切換類酶活性水凝膠,實現了對糖尿病慢性傷口的適應性治療。這種水凝膠根據血糖濃度變化適應性激活不同生物學功能的類酶活性,以動態(tài)反饋方式調節(jié)機體血糖水平,從而確保傷口愈合有序進行。這項工作為糖尿病傷口適應性護理提供了新思路和方法。


  該工作以“Glucose-Activated Programmed Hydrogel with Self-Switchable Enzyme-Like Activity for Infected Diabetic Wound Self-Adaptive Treatment為題發(fā)表在《Advanced Materials》上(DOI:10.1002/adma.202419158)。文章第一作者是西安交通大學前沿科學技術研究院助理教授楊雨桐博士和碩士研究生方青青,通訊作者為西安交通大學前沿科學技術研究院郭保林教授。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、世界一流大學(學科)和中央高校特色發(fā)展指導基金以及中央高;究蒲袠I(yè)務費專項的共同支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202419158

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