持续的氧化应激和细菌感染是阻碍糖尿病伤口愈合的重大挑战。通过诊断和治疗相结合，可以实时监测伤口组织上的pH变化，并及时进行精确治疗，以促进糖尿病伤口愈合。在这项研究中，通过酰胺化反应构建了硫辛酸修饰的壳聚糖(LAMC)水凝胶，并将具有聚多巴胺层的氧化铈-二硫化钼纳米颗粒(C@M@P)以及通过水热法合成的碳量子点(CDs)装载到水凝胶中，从而开发出诊断和治疗水凝胶(LAMC/CD-C@M@P)。
这种多功能水凝胶作为一种创新的伤口敷料平台具有巨大的潜力。
机理
制备了氧化铈复合二硫化钼纳米粒子(C@M)。随后，在C@M上引入一层聚多巴胺(PDA ),以增强金属颗粒的生物相容性，形成C@M@P纳米颗粒。然后将C@M@P纳米颗粒分散到LAMC水凝胶中，以调节糖尿病伤口的微环境。
方案：构建用于糖尿病伤口愈合的诊断和治疗水凝胶的示意图。
图解
图1:水凝胶的智能pH监测功能。a）水凝胶在紫外光（365 nm）下的荧光强度变化。b）水凝胶在不同激发波长下的荧光强度。c）水凝胶在不同pH值下的荧光强度（365 nm激发波长）。d）荧光强度和pH值之间的线性关系。e）水凝胶在pH值为4至9时的可逆电势（365 nm激发波长）。f）将图像转换成RGB信号。G）G+B和pH值的拟合曲线。
图2：复合水凝胶的表征。a)粘合强度试验的示意图。b)水凝胶的粘附强度。c)复合水凝胶的可压缩性。d)水凝胶在pH 7.4的PBS中的溶胀比。e)水凝胶在pH 7.4的PBS中的降解性能。水凝胶的ROS清除率:H2O2 F)、OH G)和O2 H)。
图3：复合水凝胶的光热和抗菌性能。a）水凝胶的光热加热曲线。b–D）针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能测试中的图像和定量数据。e）金黄色葡萄球菌和大肠杆菌形态的SEM图像。
图4：复合水凝胶的体外细胞相容性和细胞迁移。A)培养1、3、5天后L929细胞和B)Hu vec的细胞存活力。D)培养24小时后L929细胞的活/死染色。比例尺为200 μm。E)不同时间(0、12、24小时)的细胞迁移照片和C)相应的定量数据。
图5：复合水凝胶的抗氧化和抗炎作用。a）H2O 2处理的L929细胞的细胞存活力。b）H2O 2处理的L929细胞的细胞内ROS水平。C）细胞内ROS水平的相对荧光强度。d）interleukin-1𝛽（il-1𝛽），e）诱导型一氧化氮合酶（iNOS），f）tnf-𝛼，g）人精氨酸酶-1（arg-1），h）转化生长factor-𝛽（tgf-𝛽）和I）巨噬细胞白细胞介素-10（il-10）的相对基因表达。k）第7天PC12细胞的免疫染色图像和j）𝛽3-tubulin.的相对荧光强度相应的组。
图6：水凝胶在糖尿病伤口中的体内研究。a）治疗大鼠糖尿病伤口的实验步骤。b）糖尿病伤口的建立、监测和治疗示意图。c）不同时期伤口的代表性照片。d）体内pH监测。e）各组在第3天的细菌存活率。F）不同组在不同时期的伤口愈合率。g）不同组的伤口愈合过程示意图。
图7：伤口组织的组织学分析。第14天来自不同组的A) H&E和B) Masson的显微照片。C)伤口长度和D)胶原沉积的统计分析。
图8：A）IL-6b）CD31在第7天来自不同组的伤口组织中的免疫荧光染色结果。第14天不同组伤口组织中c）巨噬细胞、d）cd31和𝛽3-tubulin的免疫荧光染色结果。e）il-6、f）第7天的CD31、g）cd86、h）CD 206、I）cd31和j）第14天的𝛽3-tubulin的相对荧光强度。
结论
总之，提出了一种具有pH监测、光热抗菌、抗氧化和抗炎特性的新型诊断和治疗水凝胶。将CDs结合到壳聚糖基水凝胶中使其具有光致发光性，荧光强度随pH值而变化。这一与众不同的特性使水凝胶可以用作pH传感器，并通过荧光信号准确检测伤口pH值，为评估伤口状态提供了一种实用的方法。LAMC/CD-C@M@P水凝胶表现出良好的机械性能、光热转换能力以及对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的近红外辅助抗菌性能。除此之外，该复合水凝胶在减轻ROS、缓解炎症反应和改善糖尿病伤口的微环境以促进糖尿病伤口愈合方面是有效的。因此，该研究为糖尿病伤口提供了一种新的诊断和治疗一体的治疗策略。
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原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202402531
