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  糖尿病患者的皮膚一旦受到損傷，極易被細(xì)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(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷和細(xì)胞器功能障礙，阻礙新生血管形成，從而引發(fā)了一連串反應(yīng)，導(dǎo)致感染糖尿病傷口形成復(fù)雜的微環(huán)境。感染糖尿病傷口的復(fù)雜微環(huán)境形成往往會引發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生過量的活性氧，導(dǎo)致反復(fù)細(xì)菌感染和細(xì)菌生物膜的形成，使得內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)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(xié)同促進(jìn)血管生成、清除過量活性氧、消除細(xì)菌和生物膜以調(diào)節(jié)傷口微環(huán)境。

  外源性電刺激可以增強(qiáng)內(nèi)源性電場以調(diào)節(jié)傷口微環(huán)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(fā)電機(jī)具有成本低、便攜、靈活和非侵入性等特點(diǎn)，可以放置在患者身上或傷口附近，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電刺激，從而調(diào)節(jié)傷口微環(huán)境。微針貼片可以透傷口結(jié)痂和細(xì)菌生物膜等物理屏障，將負(fù)載的各種功能物質(zhì)（例如藥物、納米顆粒和金屬有機(jī)框架）輸送到受感染的糖尿病傷口處，以改善傷口微環(huán)境。由于感染的糖尿病傷口具有復(fù)雜的傷口微環(huán)境，因此，將壓電納米發(fā)電機(jī)和多功能的微針貼片相結(jié)合，可以有效地協(xié)同調(diào)節(jié)感染的糖尿病傷口微環(huán)境，加速感染的糖尿病傷口愈合。

  近日，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院葛麗芹教授課題組和中大醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科劉玲教授合作，設(shè)計了一種多功能自供電微針貼片用于促進(jìn)感染的糖尿病傷口愈合。制備的壓電納米發(fā)電機(jī)作為自供電裝置收集機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過導(dǎo)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(yōu)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(xì)菌生物膜性能。通過微針貼片和電刺激的協(xié)同作用可以調(diào)節(jié)傷口微環(huán)境，從而促進(jìn)感染的糖尿病傷口愈合。

  在這項(xiàng)工作中，該課題組致力于設(shè)計一種集成負(fù)載GDZ納米顆粒的多功能微針貼片（GDZ@mMNP）和壓電納米發(fā)電機(jī)（PENG）的多功能自供電微針貼片（GDZ@mMNP-PENG），用于調(diào)節(jié)傷口微環(huán)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(shù)將壓電PVDF-BT膜組裝成PENG。然后，通過一步法制備負(fù)載去鐵胺（DFO）的ZIF-8納米顆粒（DZ NPs），再在DZ NPs表面負(fù)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(dǎo)電聚合物甲基丙烯酰明膠-聚吡咯（GelMA-PPy）、交聯(lián)劑PEGDA和光引發(fā)劑LAP超聲分散到GelMA溶液中，通過光交聯(lián)得到負(fù)載GDZNPs的導(dǎo)電水凝膠微針針尖。然后將GelMA-PPy溶液、GDZNPs分散液和透明質(zhì)酸-多巴胺（HA-DA）溶液依次沉積，制備了負(fù)載GDZNPs的導(dǎo)電微針襯底。自供電的PENG可以將生物力學(xué)轉(zhuǎn)化為電刺激，以促進(jìn)感染的糖尿病傷口修復(fù)。GDZ@mMNP可以破壞細(xì)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(huán)境下釋放的Zn²⁺和GA使GDZ@mMNP具有優(yōu)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(shí)驗(yàn)表明，GDZ@mMNP-PENG通過將PENG產(chǎn)生的電刺激與GDZ@mMNP釋放的DFO和Zn²⁺結(jié)合，可以明顯促進(jìn)細(xì)胞的增殖和遷移。更重要的是，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明GDZ@mMNP-PENG可通過下調(diào)炎癥因子表達(dá)抑制炎癥反應(yīng)、上調(diào)血管生成因子表達(dá)促進(jìn)血管生成、促進(jìn)表皮重建和膠原再生等多種機(jī)制調(diào)節(jié)傷口微環(huán)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(gòu)成，對主要器官無明顯損傷，具有良好的體內(nèi)生物相容性。

  此外，通過蛋白質(zhì)組學(xué)分析證明了GDZ@mMNP-PENG可以下調(diào)金黃色葡萄球菌感染和中性粒細(xì)胞胞外陷阱的形成，上調(diào)AMPK信號通路和HIF-1信號通路，消除細(xì)菌和炎癥，促進(jìn)血管生成，重塑細(xì)胞外基質(zhì)。總之，這項(xiàng)工作將電刺激治療與多功能微針貼片相結(jié)合，為糖尿病感染傷口的修復(fù)提供了潛在的臨床應(yīng)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(fā)表，東南大學(xué)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