由于多种因素的影响，例如新生血管不足、活性氧(ROS)的积累以及细菌感染，糖尿病患者的伤口通常难以愈合。因此，迫切需要研发有效的糖尿病伤口治疗方法，以促进血管生成、抑制细菌感染，减少氧化损伤和组织炎症。间充质干细胞衍生的外泌体(MSC-Exo)具有促进血管生成、抗炎和减少氧化损伤的作用。MSC-Exo具有稳定性好、易于保存、免疫排斥反应小等优点，是一种很有前途的临床治疗成分。
基于MSC-Exo的良好性能，来自西安交通大学的郭保林、第四军医大学的宋保强、张杰等人构建了一种具有良好的止血、粘附、自愈合、抗菌、抗炎和抗氧化能力的CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶（图1）。该论文以“3D-exosomes laden multifunctional hydrogel enhances diabetic wound healing via accelerated angiogenesis”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。
图1 用于糖尿病伤口治疗的CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶示意图
本文所设计的多功能水凝胶以壳聚糖(CS)、二氢咖啡酸(DA)、鞣酸(TA)和Pluronic F127(PF127) 为原料合成，主要具有以下特点：
①三维细胞培养提高了外泌体功能和收集效率；
②水凝胶允许持续释放外泌体，以防止重复给药；
③该水凝胶具有抗菌、抗炎和抗氧化的特性；
④水凝胶促进血管生成并加速糖尿病伤口的愈合。
作者首先成功提取了2D和3D-Exo，然后评估了2D和3D-Exo对血管生成的影响。细胞划痕试验的结果如图2B所示，表明3D-Exo组具有更强的促进迁移的能力。通过计算EDU阳性百分比，3D-Exo组具有显著的促进作用。此外，与对照组相比，3D-Exo在体外具有良好的促进血管形成的作用。
成纤维细胞通过逐渐增加胶原沉积在伤口愈合过程中发挥至关重要的作用，胶原沉积形成稳定的基质支架，为新组织提供必要的支持和结构；然后研究了2D和3D-Exo对成纤维细胞功能的影响。细胞划痕试验的结果如图2H所示。2D和3D-Exo治疗后残余面积显著减少。图2J显示了3D-Exo组和2D-Exo组之间残余面积的显著差异，表明3D-Exo具有更强的促进成纤维细胞迁移的能力。
以上结果表明3D-Exo能促进胶原沉积，在解决糖尿病创面血管生成不足、长期炎症和氧化损伤等问题上具有更明显的优势；因此，选择3D-Exo进行后续研究。
图2 2D和3D-Exo的生物学功能
随后作者对水凝胶的结构进行了表征，FTIR证实了CS-DA、PF127-CHO和CS-DA/PF/TA水凝胶的化学结构，表明CS-DA/PF/TA水凝胶是通过动态席夫碱成功合成的（图3A）。基于动态席夫碱作用，水凝胶具有显著的自愈合功能（图3D-E）。
图3 CS-DA/PF/TA水凝胶的表征
通过向CS-DA/PF/TA水凝胶中加入3D-Exo制备了CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶（图4A）。SEM表明CS-DA/PF/TA和CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶具有连续的多孔结构（图4B-C）。CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶中的3D-Exo可以释放至少14天，对长期伤口修复是有益的。
图4 水凝胶的表征
此外，通过计算大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的克隆形成来评估抗菌性能（图4F-G），基于TA和CS良好的抗菌性能，水凝胶的抗菌率可达99%以上。CS-DA/PF/TA和CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶显示出优异的血液相容性（图5A-B）和生物相容性（图5C-D）。
图5 CS-DA/PF/TA/3D-Exo的体外生物安全性
在糖尿病伤口愈合过程中，巨噬细胞从促炎性M1表型转变为修复的M2表型。M1巨噬细胞的长期存在导致伤口部位的持续炎症反应，这阻碍了愈合过程。CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶可以调节巨噬细胞从M1到M2表型的极化，促进向随后的修复阶段的过渡（图6A-B）。CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶对HUVECs增殖、迁移和成管能力的影响表明CS-DA/PF/TA/3D-Exo水凝胶和3D-Exo能够在体外促进血管生成。
图6 巨噬细胞极化和体外血管生成试验
最后，作者建立了全层小鼠皮肤缺损模型用于检测水凝胶的伤口愈合性能。伤口愈合图片可以看出，3D-Exo具有最好的修复效果，可能是由于3D-Exo在伤口愈合过程中调节免疫和促进血管生成，同时水凝胶的快速止血、抗菌、抗炎和抗氧化特性对伤口愈合具有促进作用，H&E染色进一步支持了这一结果（图7）。
图7 糖尿病伤口愈合评估
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146238
