第一作者：Yan-Wen Ding
通讯作者：魏岱旭
通讯单位：成都大学
研究速览：
最近，成都大学魏岱旭教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表了ZnCur 纳米颗粒增强的多功能水凝胶平台：对感染糖尿病伤口愈合的协同抗菌和免疫调节作用研究的文章。由于复杂的创面微环境，包括细菌感染、氧化应激、炎症和血管生成受损，糖尿病创面的治疗面临重大挑战。作者开发了一种新型的姜黄素纳米粒制剂(ZnCur NPs)，具有优异的水分散性和稳定性，表现出很强的抗菌、抗氧化和抗炎特性。通过将这些 ZnCur NPs 和 RL - QN15 短肽(具有促进组织修复和血管生成的功能)封装到基于壳聚糖和透明质酸的水凝胶(CSA – OHAMA 水凝胶, CO)中，作者创建了一种集抗菌和免疫调节功能于一体的多功能水凝胶平台(Z/P/CO)。Z/P/CO 水凝胶具有自愈合和粘附性，在适应伤口形状的同时提供保护屏障，最大限度地减少细菌入侵并维持湿润的环境。它们有效地递送 ZnCur NPs 和 RL - QN15 多肽，增强抗菌作用，重塑不良伤口微环境。体外和体内结果表明，Z/P/CO 显著降低炎症，促进血管生成，促进胶原沉积，加速感染的糖尿病伤口在17天内的愈合。这种一体化水凝胶平台通过重塑免疫微环境为治疗糖尿病伤口提供了一种有前途的策略和有效的方法。
要点分析：
要点一：水凝胶平台的构建：将 ZnCur NPs 和 RL-QN15 短肽（促进组织修复和血管生成）封装到基于壳聚糖和透明质酸的水凝胶（CSA-OHAMA水凝胶，CO）中，创建了一个多功能水凝胶平台（Z/P/CO）。该水凝胶具有自愈合和粘附性，能够适应伤口形状，提供保护屏障，减少细菌侵入，并保持湿润环境。
要点二：功能与效果：Z/P/CO水凝胶能够有效递送 ZnCur NPs 和 RL-QN15 肽，增强抗菌作用并改善不利的伤口微环境。体外和体内实验结果表明，Z/P/CO显著减少了炎症，促进了血管生成，并加速了感染性糖尿病伤口的愈合。
要点三：免疫调节作用：ZnCur NPs 能够调节免疫反应，抑制促炎细胞因子的表达并促进抗炎因子的产生。它们还促进了巨噬细胞从M1型向M2型的极化，这对于组织修复至关重要。
图文导读
图1. （a） ZnCur NPs 的合成过程示意图，以及 Cur 和 ZnCur NPs 的粉末及其在水中的分散体的图像。（b） ZnCur 纳米粒子的 TEM 图像。（c） ZnCur 纳米粒子的 EDS 元素映射图像（C：红色，O：绿色，Zn：蓝色）。（d） ZnCur NPs 的流体动力学尺寸（通过 DLS 测定）。（e、f、g） ZnCur 纳米粒子中 C、O 和 Zn 的 XPS 光谱。（h） DPPH 自由基清除 ZnCur NPs 的自由基清除率。
图2. （a） CO 水凝胶的合成。（b） CO 水凝胶的自愈合和粘合性能。（c） OHAMA 和（d） CSA 的 FTIR 光谱。（e，f） CO0.6、（g，h） CO1 和 （i，j） CO1.4 水凝胶的SEM形貌。
图3. （a） ZnCur 纳米粒子对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌特性，（b）活（绿色）和死（红色）细菌的相应荧光染色图像，（c）相应的 SEM 图像。统计分析 ZnCur NPs和 Cur 对 （d） 大肠杆菌和 （e） 金黄色葡萄球菌的杀菌结果。统计分析CO水凝胶对（f）大肠杆菌和（g）金黄色葡萄球菌的杀菌结果。浓度为20、40、60和100 μg/mL的 ZnCur NPs 溶液分别称为 ZnCur20、ZnCur40、ZnCur60 和 ZnCur100（n=3，n.s.≥0.05，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001）。
图4. （a） ZnCur NPs 和 （b） CO 水凝胶的细胞活力与HDF细胞共孵育24小时、48小时和72小时，以及（c，d）相应的活细胞（绿色）/死细胞（红色）荧光染色图像。用（e） ZnCur NPs 和 （f） CO 水凝胶处理HDF细胞36和72小时后的细胞划痕闭合实验图像。HDF细胞在 CO、Z/CO 和 Z/P/CO 水凝胶表面孵育（g）24小时、（h）48小时和（i）72小时后的DAPI/肌动蛋白-鬼笔环肽染色图像。（n=3，n.s.≥0.05，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001）。
图5. 用H2O2预处理的 RAW264.7 细胞的代表性ROS染色（绿色）图像，与（a） ZnCur NPs和 （b） 不同的 CO 水凝胶一起孵育。（c）在LPS诱导并与 ZnCur NPs 共孵育后，RAW 264.7 细胞中 CD86 （绿色）和 CD206 （红色）的表达，以及 （d） 不同的CO水凝胶。由 LPS 诱导并与 ZnCur NPs 共孵育的 RAW264.7 细胞中 （e）TNF-α、（f）IL-1β和（g）IL-10 的表达水平。由LPS诱导并与不同水凝胶共孵育的 RAW264.7 细胞中（h）TNF-α、（i）IL-1β和（j）IL-10 的表达水平。（m）具有不同水凝胶的HUVEC细胞的管形成的代表性显微照片，以及其血管的数量 （k） 和相应总长度 （l） 的统计。（n=3，n.s.≥0.05，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001）。
图6. （a）小鼠中感染的糖尿病伤口的建模过程和药物施用的图示。（b）各组小鼠在不同治疗时间伤口的代表性照片，和（c）伤口愈合过程的相应等高线图。（d）各组小鼠在不同时间点的伤口愈合率统计（n=5，n.s.≥0.05，*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001）。
结论
总之，作者开发了一类新型锌姜黄素纳米颗粒（ZnCur NPs），其特征在于优异的水分散性、稳定性以及有效的抗菌、抗氧化和免疫调节特性。这些 ZnCur NPs 与 RL-QN15 短肽一起被掺入通过改性透明质酸和壳聚糖交联形成的双网络水凝胶（Z/P/CO）中。这种多功能水凝胶平台利用高儿茶酚基团含量来增强细胞亲和力和组织粘附力。此外，水凝胶的快速自愈合特性确保与伤口表面的密切接触，保持水分并加快修复过程。Z/P/CO 表现出很强的生物相容性、生物降解性和多功能性，提供显著的抗菌活性、活性氧清除、炎症调节和血管生成作用。它调节巨噬细胞极化，抑制炎症，增强糖尿病伤口中的免疫微环境，促进胶原沉积，并支持肉芽组织中的新血管形成和再上皮化。总的来说，这些属性显著加速了受感染的糖尿病伤口的愈合。作者的发现表明，Z/P/CO 水凝胶平台为促进糖尿病患者伤口愈合提供了一种有前途的治疗策略。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158387
参考文献：ZnCur nanoparticle-enhanced multifunctional hydrogel platform: Synergistic antibacterial and immunoregulatory effects for infected diabetic wound healing. Yan-Wen Ding, Zhi-Wei Zhang, Xin-Yu Cui, Rui-Yang Hu, Yang Li, Si-Da Huang, Si-Qi Du, Jin-Wei Dao, Dai-Xu Wei. Chemical Engineering Journal. 2024, DOI: 10.1016/j.cej.2024.158387.
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