第一作者： Kaiyue Zhang
通讯作者：秦江雷
通讯单位：河北大学
研究速览
最近，河北大学秦江雷团队在《Carbohydrate Polymers》期刊上发表了具有促血管生成特性的甜菜碱改性壳聚糖基抗菌水凝胶用于光热增强糖尿病伤口修复的文章。慢性糖尿病伤口修复在临床实践中仍然是一个巨大的挑战。高浓度的活性氧和血管功能障碍是阻碍糖尿病伤口恢复的主要因素。本研究将甜菜碱接枝到壳聚糖上制备出甜菜碱修饰的壳聚糖（CSBT）以增强抗菌性能，并将 CSBT 与 PEO 二醛 （PEO DA） 交联，制备具有 Ca2+ 负载的水凝胶以促进凝血。将具有光热性能和抗氧化性能的聚多巴胺纳米颗粒 （PDA NPs） 复合到水凝胶中，并负载去铁胺 （DFO） 制备多功能 CBPCa/PDA/DFO 水凝胶，以促进血管再生，结合光热抗菌性能治疗糖尿病伤口。CBPCa/PDA/DFO 水凝胶表现出良好的机械强度、注射性、抗炎性和凝血性能。此外，近红外 （NIR） 刺激光热行为增强了壳聚糖基水凝胶的抗菌效果。结合光热效应和血管生成药物 DFO的 释放，CBPCa/PDA/DFO 水凝胶在体内伤口修复实验中显着增强血管再生并减轻炎症。因此，CBPCa/PDA/DFO 水凝胶可能为糖尿病创伤修复提供一个有前途的治疗平台。
要点分析
要点一：在本研究中，合成了具有增强抗菌性能的CSBT，并通过PEO90 DA交联制备了可生物降解的水凝胶。添加钙离子（Ca2+）以增强止血性能，并负载DFO以促进血管生成。于此同时将PDA复合到水凝胶中，利用光热性能的优点，进一步增强抗菌性能。结果表明，Ca2+提升了水凝胶的止血性能，DFO的缓释促进了细胞迁移和血管生成。更重要的是，体内伤口修复实验结果显示，在普通伤口和糖尿病伤口模型中，负载DFO的水凝胶在近红外触发的光热刺激下都大大促进了伤口修复效率。
图 1.多功能CBPCa/PDA/DFO水凝胶的制备及应用示意图
图文导读
图 2.（a）CSBT和前体的FT-IR光谱，（b）SEM图像（比例尺200 nm）和（c）PDA的元素分析，（d）尺寸分布和（e）ZATA电位。
图 3.（a）CBPCa和CBPCa/PDA水凝胶的形成过程，（b）水凝胶交联的示意图，（c）CBP和CBPCa/PDA/DFO水凝胶的频率扫描，（d）水凝胶的SEM图像和孔径分布
图 6.（a）水凝胶组分的光热性质，（b）具有不同PDA浓度（2 W/cm2）的水凝胶的光热温度曲线，（c）2.5 mg/mL PDA/水凝胶在不同照射强度下的温度变化，（d）在2 W/cm2的近红外照射下有或没有2.5 mg/mL PDA的水凝胶的热图像，以及（e）CBP/PDA/DFO水凝胶的重复开/关NIR照射循环，（f）抗菌实验和（g）水凝胶的细菌杀灭率。
图 9. (a)CBPCa和CBPCa/PDA/DFO水凝胶的状态变化和(b)体外降解时间，(c)CBP水凝胶的体内降解和(d)水凝胶降解后小鼠组织的H&E图像
结论
设计了一种促进血管再生的复合CBPCa/PDA/DFO水凝胶，结合增强的抗菌性能、光热性能和DFO释放，用于治疗糖尿病伤口。接枝的甜菜碱作为生物碱增强了水凝胶的抗菌性能，PDA NPs的引入不仅改善了水凝胶的机械性能，如粘附强度，而且改善了其它功效，包括抗菌和抗氧化性能。同时，Ca2+作为凝血因子的负载大大提高了水凝胶的止血效果。CBPCa/PDA/DFO水凝胶显示出良好的抗菌和抗氧化性能。体外成管实验和动物实验表明，由于温和的光热刺激和促血管生成药物DFO的缓释，水凝胶具有良好的促血管生成作用。复合水凝胶还缩短了炎症期，并在体外和体内都显示出良好的抗炎特性。总之，CBPCa/PDA/DFO水凝胶与光热治疗的结合，通过刺激血管生成和减少炎症反应，显著促进了糖尿病伤口愈合。因此，具有接枝甜菜碱、复合PDA和负载DFO的CBPCa/PDA/DFO水凝胶作为临床伤口敷料材料具有很大的潜力。
全文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0144861724012591
参考文献：Kaiyue Zhang, Jingjing Zhu, Weichen Sun, Yu Zhang, Wenjuan Li, Yong Wang, Chengyan Zhou, Yingna He, Jianglei Qin. Antibacterial betaine modified chitosan-based hydrogel with angiogenic property for photothermal enhanced diabetic wound repairing.
CARP 123033
DOI: 210.1016/j.carbpol.2024.123033
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