Biomaterials：上海交通大学等团队研究制备近红外光触发聚吡咯杂化水凝胶通过杀菌和光热免疫促进糖尿病皮肤伤口愈合

由于细菌感染、长期炎症和下血管重塑，糖尿病足溃疡难以愈合，是一个严重的公共卫生问题。

2024年11月16日，上海交通大学Ouyang Liping、廖赟和中国科学院刘宣勇共同通讯在Biomaterials 在线发表题为“Self-healing Ppy-hydrogel promotes diabetic skin wound healing through enhanced sterilization and macrophage orchestration triggered by NIR”的研究论文。该研究将聚吡咯（Ppy）添加到含有聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）和透明质酸（HA）的杂化水凝胶中，Ppy复合杂化水凝胶可以在水凝胶表面积累热量，有效杀死细菌。

RNA-Seq分析表明，热量积累可以增强巨噬细胞的吞噬体和M1激活，从而进一步加速细菌清除。在近红外光（NIR）刺激下，巨噬细胞转化为M2表型。角质化、角质形成细胞分化和皮肤屏障建立过程中相关基因表达上调，胶原蛋白和血管内皮生长因子（VEGF）表达水平增强。综上所述，Ppy复合杂化水凝胶可有效解决糖尿病足溃疡感染和伤口愈合不良的问题，是治疗慢性伤口的理想敷料。

难愈合伤口，如糖尿病相关皮肤病变引起的糖尿病足溃疡，存在细菌感染、长期炎症、下血管重塑和细胞增殖等问题，严重影响公共卫生医疗体系。尤其是伴有细菌感染的糖尿病皮肤病变，损伤相关分子模式（DAMP）和病原体相关分子模式（PAMP）都参与组织重塑。巨噬细胞是重要的免疫细胞，在细菌清除和炎症调节中起关键作用。在细菌感染的微环境中，巨噬细胞激活为M1表型以维持促炎特性并杀死细菌。一方面，M1分泌IL-6和TNF-α等细胞因子，以募集巨噬细胞和T细胞活化。另一方面，M1分泌补体分子来标记细菌，促进吞噬细菌。一旦感染得到控制，巨噬细胞就会转化为M2表型并分泌细胞因子以减少M1激活并促进组织重塑。因此，通过顺序调控巨噬细胞表型以适应不同阶段的伤口修复，是促进糖尿病皮肤缺损修复的有效途径。

光热疗法（PTT）因其高时空选择性、低侵入性和通用性在杀死细菌方面得到了广泛研究。除杀菌外，PTT还具有免疫调节能力。通过将活化热休克蛋白1（HSP-1）结合到TNF-α的5'-非翻译区，利用温和高温（约40°C）显著抑制TNF-α。有学者制备了涂敷PDA的HA纳米棒状阵列，发现轻度发热范围温度（41±1℃）可以加速M1向M2的转变。较高水平的PTT可诱导炎症反应并促进大量促炎细胞因子的分泌。聚吡咯（Ppy）是一种近红外光（NIR）响应性试剂，Ppy涂层诱导的PTT可以通过DAMPs诱导的补体受体系统激活来控制巨噬细胞的吞噬作用。此外，随着NIR照射结束，巨噬细胞的表型从M1转变为M2。

图1 水凝胶的形态和光热特性（摘自Biomaterials）

水凝胶具有良好的维持生物活性、缓释和药物稳定递送的能力，广泛用于皮肤修复敷料。透明质酸（HA）是由n-乙酰-d-氨基葡萄糖和d-葡萄糖醛酸通过β-1，4-糖苷键形成的天然线性多糖，是皮肤细胞外基质（ECM）的成分之一。HA敷料具有调节血管壁渗透性，调节蛋白质、水和电解质的扩散和转移，以及促进伤口愈合等多种重要的生理功能，已经在临床上使用了三十多年。然而，HA较弱的力学性能和较快的降解速度限制了其应用。因此，可以将两种或三种成分添加到HA中以形成杂化水凝胶来克服上述缺点。

聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇（PEG）是伤口敷料中最常用的成分，无毒且具有良好的生物相容性。因此，该研究制备了由HA、PVA、PEG和不同浓度的Ppy组成的复合水凝胶，分别用DPHW、TPHG和TPHB表示。体外和体内实验研究了其抗菌能力，RNA-seq进一步分析了水凝胶的杀菌机制，并在体内分析了水凝胶的免疫反应。此外，作者还研究了有或无NIR刺激下，水凝胶对糖尿病大鼠细菌感染皮肤修复的影响。

参考消息：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296122400499X?via%3Dihub