温州医科大学刘劲松和沈建良：一种墨鱼汁纳米颗粒增强生物聚合物水凝胶，具有强大的粘附性和免疫调节特性，用于治疗糖尿病口腔溃疡

近期，温州医科大学刘劲松教授和沈建良研究员在科爱创办的期刊Bioactive Materials上联合发表文章：一种墨鱼汁纳米颗粒增强生物聚合物水凝胶，具有强大的粘附性和免疫调节特性，用于治疗糖尿病口腔溃疡。该研究构建了一种新型的水凝胶贴片，具有光热抗菌和抗氧化活性能力。这些特性有助于消除细菌和抗炎，从而加速愈合阶段从炎症到增殖的进展。为口腔溃疡治疗提供了新策略。

口腔溃疡，是口腔健康中一种常见且反复发生的疾病，其特征是口腔上皮组织的持续破坏或损伤。在全球范围内，超过25%的人患有或正在患有这些溃疡。口腔溃疡贴片、粉末和软膏等各种治疗方法都可以加速愈合过程，但它们的效果有限。这种限制来自于它们短暂粘附在口腔潮湿和动态的环境中，通常持续不到2小时。因此，制造具有粘附特性的水凝胶贴片被认为是解决口腔溃疡的有效策略。

在本研究中，为了加强口腔溃疡的治疗，制备一种类似ECM的水凝胶敷料，命名为SCE2，它由生物聚合物基质[甲基丙烯酸丝素(SFMA)和硝基苯修饰的硫酸软骨素(CHS-NB)组成，具有光响应凝胶和粘附特性]与墨鱼汁纳米颗粒结合在一起。如图1所示，暴露在365 nm的光下，通过SFMA双键的自由基聚合，在伤口上形成了一层保护性的水凝胶涂层。同时，当前体CHS-NB中的邻硝基苯基在相同的光照条件下转化为醛基时，水凝胶表现出对潮湿组织的强大粘附性。此外，SCE2水凝胶中的墨鱼汁纳米颗粒表现出卓越的光热抗菌和抗氧化活性能力。这些特性有助于抗菌和抗炎，从而加速伤口从炎症阶段向增殖阶段的转变。总之，SCE2水凝胶在促进口腔溃疡愈合的临床应用中显示出相当大的前景。

1.    墨鱼汁纳米颗粒的制备与表征

墨鱼汁纳米颗粒（CFI）显示出均匀的纳米球形状。对CFI的近红外光热性能进行了系统的评价，具有良好的高光热转换效率和优越的光热稳定性。考虑到CFI表面丰富的酚羟基基团，通过超氧阴离子自由基、ABTS和DPPH来评估CFI清除ROS的性能。正如预测的那样，CFI对各种自由基具有良好的清除效果。此外，通过细胞毒性实验和流式细胞术结果进一步证实了CFI对细胞的氧化损伤保护作用。这些发现表明，CFI具有出色的光热和ROS清除能力。

2. SCE2水凝胶的表征

通过¹H NMR数据验证SFMA和CHE-NB的成功合成。TGA结果表明SCE水凝胶具有优异的热稳定性。SEM图像说明SCE0和SCE2水凝胶的多孔网状结构为渗出液的吸收和细胞生长提供了最佳环境。制备的SCE2水凝胶具有出色的吸收和保持水分的能力，能够快速吸收伤口渗出液，并保持有利于伤口愈合的适当潮湿环境。评估了水凝胶清除自由基的能力。对于O₂•‑，ABTS和DPPH自由基，SCE2水凝胶的清除率优于SCE0水凝胶，证实了其优越的抗氧化活性。

3. SCE2水凝胶力学性能评价

口腔黏膜是一种湿润和动态的组织，需要创造能够形成稳定，强粘连的贴片来治疗口腔溃疡。为了评估SCE水凝胶与组织的粘附性，通过拉伸测量粘附能力。在紫外线照射后，苯甲醇基团转化为苯甲醛基团，导致与组织表面的氨基部分形成希夫碱结构，从而增强了对组织的粘附。与SMFA水凝胶相比，SCE水凝胶表现出更好的粘附能力，这表明在临床环境中具有作为有效生物粘合剂的潜力。分析了SCE水凝胶的流变性能。两种水凝胶都显示出G '始终超过G ' '，并具有良好的自愈合性能和较强的可注射性能。SCE2水凝胶优越的机械性能，这意味着它可能适用于复杂的伤口环境。

4. SCE2水凝胶的生物相容性和细胞内抗氧化能力

生物安全性对于将水凝胶材料用作组织工程中的多功能敷料至关重要。评估了SCE水凝胶的生物安全性，CCK-8实验和溶血实验表明制备的SCE水凝胶毒性很小，具有出色的生物相容性和血液相容性，使其成为生物医学工程中支架材料的有希望的候选者。采用DCFH-DA荧光探针评估细胞内ROS水平，研究SCE水凝胶在氧化应激条件下的保护作用。共聚焦和流式结果相似，SCE2水凝胶处理组荧光最弱，保护细胞免受氧化应激，突出了其在伤口愈合方面的应用潜力。

5. 通过RNA测序分析SCE2水凝胶的治疗效果

为了深入研究SCE2水凝胶的炎症机制，通过RNA测序分析基因表达变化。使用主成分分析评估样本完整性，该分析突出了M1和SCE2组之间的不同分布，表明总基因表达谱不同。火山图显示519个基因显著或差异表达；其中163个基因表达升高，356个基因表达下降。为了阐明SCE2水凝胶在炎症治疗中的细胞信号机制，来自KEGG数据库的信号通路富集图显示了SCE2组中TNF、NF-kB和IF-17信号通路相关基因表达的变化。在用SCE2水凝胶处理后，观察到几个关键的促炎基因，包括CCL5、IL-6、CCL3、S100A8和NOS2的显著上调。为了揭示受SCE2影响的具体途径，通过基因集富集分析进行了进一步的研究。这些发现表明，应用SCE2水凝胶后，巨噬细胞中TNF和NOD样受体信号通路减少。总的来说，这些数据有力地表明，施用SCE2水凝胶可以通过减轻氧化应激和抑制炎症反应来显著促进伤口愈合。

6. SCE2水凝胶在MASA感染的糖尿病口腔溃疡创面的体内愈合

建立了口腔溃疡模型，进一步评估其体内愈合效果。到第五天，PBS组还有小部分假膜，DEX和SCE2组显示周围粘膜区域肿胀和红肿减少，SCE2 + NIR组溃疡大小明显较小，SCE2 + NIR组的口腔溃疡基本愈合。组织切片和免疫组化分析，SEC2水凝胶通过改变受伤区域的炎症状态，促进肉芽组织生成，胶原蛋白沉积，促进快速的再上皮化和促进血管生成，显著加快了口腔溃疡的恢复。

7. 总结

本研究提出了使用SCE2水凝胶附着于口腔黏膜的免疫调节贴片的方法。该贴片由甲基丙烯酸酯丝素、硝基苯修饰的硫酸软骨素和墨鱼汁纳米颗粒组成，旨在提高在潮湿条件下的粘附时间和愈合效率。正如预期的那样，暴露在紫外线下会导致粘膜损伤上形成粘性水凝胶层。随后，SCE2有序释放的生物活性物质具有抗菌、抗炎和抗氧化的作用，显著提高了口腔黏膜缺陷的治疗效果。通过糖尿病大鼠模型，验证了SCE2水凝胶促进背部皮肤损伤和口腔溃疡修复的能力。本研究中提出的SCE2平台将推动组织粘接剂的发展，并激发使用天然生物活性物质的伤口敷料的创造。

项雅静：温州医科大学口腔医学院2023级博士研究生。从事水凝胶促进糖尿病伤口愈合相关研究。

沈建良：研究员、博士生导师。中国科学院大学温州研究院、温州医科大学眼视光学和视觉科学国家重点实验室。研究主要集中于微纳米材料/技术在癌症、组织工程修复及其他疾病中的探究。研究工作以第一/通讯作者发表在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、ACS Nano等专业领域主流期刊上120余篇。目前主持国家自然科学基金2项、浙江省杰出青年项目、浙江省自然科学基金重点项目等20项科研项目。相继荣获Research Merit Award、MAPTA Travel Award、浙江省高校青年优秀人才、浙江省钱江人才计划等国内外奖项和荣誉。

刘劲松：温州医科大学附属口腔医院主任医师/教授，博士生导师。主要从事种植体表面改性以及生物医用高分子材料的再生医学研究。在Bioactive Materials, dental materials,  Chemical Engineering Journal等国际生物材料杂志以第一/通讯作者发表43篇，其中中科院1区文章12篇。主持国家自然科学基金面上项目4项，省市级各项课题15项。获得国家授权专利8项。获浙江省科技进步奖1项，市厅级科技奖3项。

该研究获国家自然科学基金(82371016, 21977081, 82071170)、浙江省杰出青年自然科学基金项目(LR23C100001)、浙江省公益性科技项目(LGF21H140004)、浙江省自然科学基金项目(LQ22E030011)和温州市科技项目(ZY2019009)的支持。

Yajing Xiang, Pan Zhuge, Xiaoliang Qi*, XinXin Ge, Junbo Xiang, Hangbin Xu, Erya Cai, Yulong Lan, Xiaojing Chen, Ying Li, Yizuo Shi, Jianliang Shen*, Jinsong Liu*. A cuttlefish ink nanoparticle-reinforced biopolymer hydrogel with robust adhesive and immunomodulatory features for treating oral ulcers in diabetes. Bioactive Materials, 39 (2024) 562–581. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2024.04.022