《ACS Nano》西北大学朱晨辉，范代娣：可注射水凝胶作为用于糖尿病伤口愈合的温和光热控制氧气释放平台

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糖尿病是一种慢性代谢疾病，影响着全世界数百万人。目前，大约 25% 的糖尿病患者患有慢性不愈合伤口的高风险，例如糖尿病足溃疡 (DFU)，这使患者面临截肢的风险。慢性糖尿病伤口愈合面临巨大挑战，因为存在不受控制的细菌感染、持续炎症、血管生成受阻导致氧气输送中断以及活性氧（ROS）过多的风险。水凝胶由于其与细胞外基质 (ECM) 相似的柔软性以及在保持温和条件下吸收渗出液的能力，被认为是有前途的伤口敷料材料。特别是，具有粘性的可注射水凝胶可以填充任何形状不规则的伤口，充当止血剂，并充当防止细菌感染的屏障。因此，构建一种新的多功能可注射水凝胶敷料同时解决上述问题是非常可取的。

近日 ， 基于透明质酸-接枝多巴胺 (HA-DA) 和聚多巴胺 (PDA) 涂层的 Ti 3 C 2 MXene 纳米片的可注射水凝胶通过氧合血红蛋白/氢 (HbO 2 /H 2 O 2 ) 系统催化交联并结合温和的光热刺激，可用于糖尿病伤口愈合。 HbO 2 不仅作为类辣根过氧化物酶催化水凝胶的形成，而且在近红外 (NIR) 辐射产生的温和热量激活时，还作为氧载体可控 地释放氧气。具体来说，当 NIR 关闭时，HbO 2 可以通过结合空气中的氧气来重复提供氧气。MXene 稳定的光响应加热行为确保了可重复的氧气释放。此外，人工非酶抗氧化剂 MXene 纳米片被提议用于清除过量的活性氮物种和 ROS，包括 H 2 O 2 、O 2 • - 和 • OH，保持细胞内氧化还原稳态并减轻氧化应激，并根除细菌以避免感染。PDA涂层进一步提高了MXene的抗氧化和抗菌能力，这也促进了MXene纳米片交联到水凝胶的网络中。HA-DA分子赋予水凝胶调节巨噬细胞极化从M1到M2的能力，从而达到抗炎的目的 。更重要的是， MXene锚定的水凝胶具有组织粘附、自愈、可注射和止血等多功能，结合温和的光热刺激，极大地促进了人脐静脉内皮细胞的增殖和迁移，显着促进了感染的糖尿病伤口愈合。

示意图 1. (a) MXene@PDA 纳米片的合成图。(b) 可注射的 HA-DA/MXene@PDA 水凝胶制备示意图。(c) HA-DA/MXene@PDA水凝胶通过供氧、清除活性氧、消灭细菌、抑制炎症的糖尿病伤口愈合机制 。

图 1. (a) MXene@PDA 纳米片的合成过程示意图，包括 HF 蚀刻、TPAOH 插层和 PDA 涂层。(b) 多层 Ti 3 C 2 的 SEM 图像。(c) 超薄 MXene 纳米片的 TEM 图像。(d) MXene@PDA 纳米片的 TEM 图像。(e) MXene@PDA 的 HAADF-STEM 图像和 C、Ti 和 N 元素的元素映射。(f) Ti3AlC2、MXene 和 MXene@PDA 的块体 MAX 相的 XRD 图谱。(g) MXene@PDA 的 (h) C 1s 、 (i) Ti 2p 和 (j) N 1s 信号的 XPS 测量光谱和高分辨率光谱。

图 2. (a) HbO 2 /H 2 O 2 体系交联 HA-DA/MP 水凝胶制备工艺。(b) HA-DA/MP 水凝胶的可注射性。(c) SEM 图像的孔结构和 (d) HA-DA、HA-DA/M 和 HA-DA/MP 水凝胶的孔径。(e) HA-DA/MP 水凝胶的溶胀比 (n = 5) 和 (f) 流变特性。(g) HA-DA/MP 水凝胶的流变恢复行为和 (h) 宏观愈合特性。(i) HA-DA/MP 水凝胶在肘部和手指上的粘附能力。(j) HA-DA/MP 水凝胶在塑料、玻璃、PC 和钢上的 粘附能力。

图 3. 光热转换、可控氧气输送和抗菌能力评估。

图 4. (a) ROS 包括 • OH、O 2 • – 和 H 2 O 2 清除方案图。(b) • OH 清除测定的全扫描曲线和(c) • OH 清除率。(d) O 2 • – 清除试验中的全扫描曲线和 (e) O 2 • – 清除率。(f) H2O2 清除活动。(g, j) DPPH 和 ABTS 清除测定的机制。(h) DPPH 测定吸光度曲线和 (i) N-乙酰半胱氨酸、MXene 和 MXene@PDA 纳米片的清除率。(k) ABTS测定吸光度曲线和(l) N-乙酰半胱氨酸、MXene和MXene@PDA纳米片的 清除率。

图 6. (a) 体内感染的糖尿病伤口模型图。（b）第-1、3、6和9天不同处理的伤口照片。（c）第-1、3、6和9天伤口床闭合的痕迹和（d）对照组伤口面积统计， HA-DA、HA-DA/M、HA-DA/MP 和 HA-DA/MP+NIR 组。(e) 第 3 天和第 9 天伤口的 H&E 和 Masson 染色。(f, g) 第 9 天表皮厚度和胶原沉积的相对定量分析。

总结

科研人员成功地开发了一种多功能可注射水凝胶，结合温和的热刺激用于感染的糖尿病伤口愈合。该水凝胶是通过HA-DA和MXene@PDA的邻苯二酚基团在H2O2/HbO2体系催化交联的氧化偶联构建的，其中HbO2进行类HRP催化促进水凝胶形成，氧载体在活化时可控释放氧气由 MXene 的近红外辐射产生的热量。此外，MXene 可以清除 ROS，保持细胞内氧化还原稳态，减少氧化应激，根除细菌以避免感染，PDA 涂层提高了这些能力。受益于DA，水凝胶可以调节巨噬细胞的极化从而达到抗炎的作用。水凝胶具有自愈、自黏附、形状适应性和止血作用，结合温和的热刺激，显着促进 HUVECs 增殖和迁移，并通过根除细菌、清除 ROS、缓解缺氧和显着加速感染的糖尿病伤口愈合。促进 M2 巨噬细胞极化的抗炎和血管生成。

相关论文以题为 Artificial Nonenzymatic Antioxidant MXene Nanosheet-Anchored Injectable Hydrogel as a Mild Photothermal-Controlled Oxygen Release Platform for Diabetic Wound Healing 发表在 《A CS Nano 》上。通讯作者 是 西北大学 朱晨辉教授 ， 范代娣教授 。

参考文献：

doi.org/10.1021/acsnano.1c10575

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