糖尿病伤口发病机制复杂、感染概率高、恢复时间长、复发率高。同时它增加了截肢和死亡的风险，给患者的家庭和整个医疗保健系统带来了沉重的负担，约20%的糖尿病患者受此影响。传统的干式敷料无法满足糖尿病伤口的特定微环境，并且容易造成继发性损伤。而功能性伤口敷料，如水凝胶、纳米纤维、亲水胶体等，可以提供一个潮湿、抗菌的愈合环境，并携带生物活性剂或药物来加速伤口愈合。特别是水凝胶，它表现出类似于天然细胞外基质的物化性质，其三维、多孔结构有助于载药，为伤口管理提供了一个理想的平台。然而现有的水凝胶敷料有几个缺点。首先，由于它药物储存容量有限，药物释放持续时间短，进而导致水凝胶敷料需要频繁更换，可能导致继发性损伤。其次，大多数水凝胶依赖于被动扩散作为药物释放机制，释放速率严重依赖于药物浓度。并且药物释放缺乏可控性，无法考虑到显著影响伤口愈合的血糖水平的节律性变化，从而导致治疗结果不佳。
浙江大学药学院南科望研究员、化学工程与生物工程学院关怡新教授团队联合，开发了一种响应无线电刺激、载药的水凝胶生物电子贴片。通过将可控的药物释放和电刺激的结合来加速糖尿病创面愈合。该设备设计了一个灵活的、低功率的电路，具有蓝牙通信和电压调节功能，并通过实验验证了药物的可控释放和可重复补充功能。电刺激、药物的可控释放和可重复补充在糖尿病大鼠伤口模型中共同证明了加速伤口愈合的效果。这意味着这是一种综合、持久和有效的用于糖尿病伤口管理的电子药物混合解决方案。该研究以“Wireless, Programmable, and Refillable Hydrogel Bioelectronics for Enhanced Diabetic Wound Healing”为题，发表在Advanced Science上。浙江大学化工学院硕士生杜凝洁和药学院博士后樊云龙为本文的第一作者。
图1：水凝胶生物电子学的功能示意图。
功能验证
图2：水凝胶的药物释放。
动物实验验证
研究者们在糖尿病大鼠伤口模型中实际验证了水凝胶贴片促进伤口愈合的治疗效果。实验表明，水凝胶自身和模型药物均对糖尿病伤口愈合有一定的促进作用，而水凝胶贴片的促进效果最为显著，在第14天就观察到的明显的愈合效果。组织学和免疫化学分析进一步证明了水凝胶贴片可减少炎症反应，增强新生血管的形成，改善糖尿病伤口的愈合过程。
满足糖尿病患者个性的生物节律
糖尿病人具有个性化的生物节律。例如，糖尿病患者在餐后血糖会达到峰值，这更有可能在伤口部位诱发氧化应激和炎症反应。水凝胶贴片的功能可以根据个性化的昼夜节律按需提供药物释放。研究团队模拟了患者两餐和三餐的饮食情况，水凝胶贴片可以根据患者的饮食情况，由患者主动控制在餐后一段时间释放更多的药物。实验结果表现为，该贴片可以在双脉冲和三脉冲释放曲线之间无线切换，每个曲线都有明确定义的时间间隔，遵循了两个不同患者代表的模拟饮食时间表。
图4：糖尿病患者常规饮食的特定药物释放曲线。
作者证明了一种可以实现药物的可控释放和可重复补充的无线电响应水凝胶贴片，在糖尿病大鼠模型中显示了加速伤口愈合的效果。贴片的设计包含了低功耗、无线通信和电压调节的柔性无线电路，并与具有稳定的机械性能、高生物相容性的GO-PVA/CS水凝胶集成，从而响应电刺激并实现药物的可控释放。本研究的结果证实了一个很有前途的方向，即将传统药物与可编程电刺激相结合，用于伤口或潜在的其他条件的管理。未来可能的发展方向是集成数字生理传感器，如实时的血糖监测并读出数据，与水凝胶生物电子学形成闭环响应电压控制算法，以进一步增强糖尿病相关治疗。
【参考文献】
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202407820
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