人体皮肤作为一道不可渗透的屏障(Harris-Tryon & Grice, 2022),保护身体免受物理和化学损伤(McBain et al., 2019),阻止病原体侵入并保持体内外的微妙平衡(Y. He et al., 2021)。多种因素会干扰伤口愈合过程,导致免疫反应减弱、炎症反应异常和血液循环不足(Guo et al., 2021)。值得注意的是,糖尿病是这些问题的主要诱因之一。过去几十年,社会进步和生活方式改变导致糖尿病病例激增,全球有4.25亿人受影响,对公共卫生构成严重威胁(S. L. Wong et al., 2015)。糖尿病伤口愈合困难的主要原因是高血糖引起的血管损伤,这阻碍了伤口的血液供应,并干扰了身体的炎症修复细胞因子,促使TNF-α和IL-6细胞因子从伤口部位释放(Liu et al., 2022)。另一个问题是,临床抗生素的静脉注射无法有效积聚在糖尿病伤口部位,还可能导致药物耐药性(Duan et al., 2022)。慢性伤口常常对常规治疗方法(如纱布敷料、皮肤移植和外科清创)产生抗性(Jiameng Wang et al., 2022; J. He et al., 2020)。尽管这些方法被广泛采用,但其在治疗慢性伤口方面的效果仍有待验证,因为它们依赖于渐进性和被动的愈合机制。因此,迫切需要开发利用再生医学促进糖尿病伤口修复的方法。
尽管现有的再生医学策略主要集中在伤口敷料的生化功能上(Gong et al., 2024),但对其产生的机械信号的工程化研究却相对较少,而这些机械信号具有加速伤口愈合的潜力(Xie et al., 2024)。智能多功能水凝胶已被开发出来,以克服传统再生医学的局限性(C. Li et al., 2024)。通过调整其结构和组成,可以制造出具有响应性、自愈性、形状记忆、导电性和监测性能的水凝胶(B. Zhao, 2024)。自愈性延长了水凝胶的使用寿命,防止运动过程中的损伤(Al-Handawi et al., 2024)。借鉴胚胎伤口愈合的显著再生能力——胚胎利用肌动蛋白纤维将胎儿皮肤伤口边缘拉拢,我们开发了一种创新的热敏型伤口敷料。这种新型敷料能够主动粘附在伤口部位并收缩,从而主动调节炎症反应,促进愈合过程。热敏特性是通过合成聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)(Dou & Feng, 2017)实现的,这种聚合物因其独特的防水性和在约32°C临界温度下的收缩能力而被广泛应用(S. Li et al., 2018)。由于PNIPAm水凝胶的临界溶解温度低于人体温度37°C,因此该敷料会自然收缩以响应体温变化,无需额外干预。
由于多重耐药细菌(如耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌MRSA)和超级细菌的出现和传播,传统抗生素已失去效力,导致无法治愈且快速繁殖的感染(Yan et al., 2019)。为此,人们采用了替代抗菌材料,如季铵化合物、纳米银和抗菌聚合物进行伤口治疗。特别是基于银的材料通过破坏细胞膜并释放Ag⁺表现出抗菌作用,但同时也存在免疫原性和细胞毒性风险(Shi et al., 2019)。因此,迫切需要开发能够有效支持伤口愈合过程的创新抗菌生物材料。天然存在的抗菌肽(AMPs)存在于多种生物体内(Lazzaro et al., 2020),并在对抗伤口相关细菌感染方面展现出巨大潜力。AMPs具有广谱抗菌活性(Rathinakumar et al., 2009)、高选择性(X. Zhang et al., 2022)和调节宿主免疫反应的能力(Liang et al., 2019),使其成为治疗伤口部位耐药细菌感染的首选方案(G. Li et al., 2023)。然而,AMPs的效果受伤口部位pH值的影响,可能影响其抗菌作用和整体愈合过程(Gawde et al., 2023)。此外,伤口渗出物中的多种蛋白酶会迅速降解AMPs,进一步降低其效果。一种实用的方法是将这些AMPs包裹在水凝胶敷料中,为伤口区域提供保护环境并确保持续释放(Tang et al., 2022),从而减少潜在的副作用,提高治疗的安全性和可控性(X. Zhou et al., 2020)。
透明质酸(HA)是皮肤细胞外基质的关键成分,以其优异的亲水性和保湿性能闻名,可为细胞迁移和组织再生提供湿润的微环境(Lou et al., 2018)。HA分子链上的羟基和可修饰位点允许引入醛基和其他功能基团,与明胶衍生物(Gel-ADH)发生动态席夫碱交联,赋予水凝胶快速凝胶化、可注射性和自愈能力。在慢性糖尿病伤口中,HA不仅提供高水分含量和渗出物管理,还作为递送和保护载体,改善伤口愈合环境(Xu et al., 2022)。将聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)加入水凝胶基质可加速伤口收缩(Zhang, Bai et al., 2023)。肽IB-367(RGGLCYCRGRFCVCVGR)对包括耐药菌株在内的多种病原微生物表现出强效抗菌作用(Mosca et al., 2000)。此外,糖尿病伤口中血管生成因子的失衡会阻碍愈合过程(Shao et al., 2023)。肽GEETEVTVEGLEPG(Ten-2)可模拟碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和血管内皮生长因子(VEGF)在促进血管生成方面的作用(Chu et al., 2021)。
因此,我们假设由HA/Gel/PNIPAm@IB-367/Ten-2组成的可注射水凝胶(图1A)能够显著促进小鼠皮肤伤口闭合(图1B)。这种先进的水凝胶不仅增强了TGF-β1和p-Smad2的表达,还提高了促血管生成因子α-SMA的水平,同时降低了感染MRSA的糖尿病伤口中的促炎细胞因子IL-6的表达(图1C)。该水凝胶能够适应不规则伤口形状,有效抑制伤口部位的细菌增殖,并促进细胞增殖和迁移,使其成为出色的伤口敷料。此外,它在体内和体外实验中均表现出优异的生物相容性,是一种经济实惠、可重复使用、易于生产且疗效显著的解决方案,非常适合治疗难以愈合的糖尿病伤口。