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南京工業(yè)大學(xué)毛宏理教授和顧忠偉教授團(tuán)隊(duì) AFM：具有微環(huán)境pH調(diào)控能力的多功能糖肽基水凝膠促進(jìn)糖尿病傷口愈合
2023-05-03  來源：高分子科技

  糖尿病并發(fā)癥是其晚期患者主要致死原因之一，其中糖尿病足尤為嚴(yán)重。持續(xù)的血管損傷、炎癥失調(diào)、大量細(xì)菌侵襲等問題使得糖尿病創(chuàng)面愈合困難。另外，皮膚組織的修復(fù)是多細(xì)胞協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)的，炎癥細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等多種類型細(xì)胞參與創(chuàng)面愈合的不同階段，實(shí)現(xiàn)皮膚損傷完全愈合。然而，糖尿病患者失調(diào)的生理環(huán)境（如pH、氧氣水平、葡萄糖水平）極大程度的影響了多細(xì)胞的協(xié)同作用，使得細(xì)胞調(diào)節(jié)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(shù)之一，強(qiáng)烈影響著細(xì)胞調(diào)節(jié)過程（如蛋白合成，酶活性以及蛋白運(yùn)輸?shù)龋?/span>因此，在糖尿病傷口愈合過程中適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)pH微環(huán)境能夠有效加速傷口愈合。然而，從調(diào)節(jié)創(chuàng)面微環(huán)境pH的角度出發(fā)，開發(fā)新型糖尿病傷口治療材料的相關(guān)研究鮮有報(bào)道。


  針對(duì)上述問題，南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院毛宏理教授和顧忠偉教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地構(gòu)建了一種可在不同階段連續(xù)智能地調(diào)節(jié)微環(huán)境pH的多功能水凝膠。該水凝膠體系由富含酰肼基團(tuán)的己二酸二酰肼修飾的透明質(zhì)酸和富含羧基基團(tuán)的聚6-氨基己酸組成，可以在糖尿病創(chuàng)面環(huán)境中釋放和吸收H+，從而實(shí)現(xiàn)糖尿病創(chuàng)面pH環(huán)境的調(diào)節(jié)。在糖尿病創(chuàng)面初期，中性偏堿性的微環(huán)境使得水凝膠中大量羧基脫質(zhì)子化釋放H+，從而降低環(huán)境pH值呈弱酸性；此后由于水凝膠的過度溶脹使得內(nèi)部大量的酰肼基團(tuán)暴露，傷口環(huán)境中游離的H+逐漸被吸附形成NH3+的結(jié)構(gòu)，使得環(huán)境pH值緩慢上升呈中性。利用糖尿病小鼠皮膚缺損模型，驗(yàn)證了該水凝膠體系在促進(jìn)糖尿病傷口修復(fù)中的重要作用。在愈合的前期階段（炎癥）中，改性透明質(zhì)酸/聚6-氨基己酸水凝膠使得傷口環(huán)境由弱堿性往弱酸性轉(zhuǎn)變，傷口環(huán)境中的巨噬細(xì)胞識(shí)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(huán)境由弱酸性向中性轉(zhuǎn)變，這更利于成纖維細(xì)胞的募集和膠原的重塑。此外，創(chuàng)面組織微環(huán)境這種堿-酸-中性的動(dòng)態(tài)變化更利于新血管的形成，最終達(dá)到加速糖尿病傷口愈合的目的。綜上，該研究所設(shè)計(jì)構(gòu)建的多功能糖肽基水凝膠在糖尿病傷口修復(fù)治療具有很大的應(yīng)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(fā)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中央本級(jí)重大增減支項(xiàng)目、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)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(yīng)用。A) HPADN水凝膠的制備。B) HPADN水凝膠的pH調(diào)節(jié)機(jī)制。C)皮膚修復(fù)機(jī)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(xì)胞極化、血管再生）。


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

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