纳米酶基多功能水凝胶敷料用于糖尿病慢性伤口修复的研究获进展
2022-06-22
作为糖尿病的常见并发症之一，糖尿病慢性溃疡的发展给患者的日常生活带来了极大的痛苦和不便。与普通的急性伤口修复不同，糖尿病慢性溃疡创面处复杂的微环境是导致其愈合缓慢的主要因素。所以，糖尿病慢性溃疡的治疗取决于有效改善创面处的复杂微环境。近年来，水凝胶敷料因其独特的优势，在组织损伤修复等领域备受关注。但是，目前针对糖尿病慢性溃疡的功能性水凝胶敷料依然采用传统的药物分子作为其功能组分，比如抗生素，抗氧化剂，降糖药等。传统功能组分的不稳定性极大限制了功能性水凝胶敷料在糖尿病慢性溃疡治疗方面的应用。因此，研发更为稳定、且具有类酶性质的纳米酶基水凝胶敷料有望解决上述临床问题。
基于此，本课题组与苏州大学医学部放射医学与防护学院崇羽副研究员密切合作，设计了一种以纳米酶材料为功能组分的多功能水凝胶敷料（OHCN）。该水凝胶敷料是通过将金铂合金纳米颗粒 (Au-Pt alloy NPs) 负载到动态交联的多孔水凝胶网络支架中构建而成的。水凝胶敷料的主体支架部分是由氧化透明质酸和羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl Chitosan，CMCS) 通过席夫碱反应形成的动态交联网络，具有优异的自愈合性能。作为结缔组织和细胞外基质的重要组分，透明质酸能够显著促进伤口的愈合。同时，具有抑制细菌生长功能的CMCS也为水凝胶网络支架赋予了抗菌性能。此外，通过柠檬酸钠共还原的方法制备了Au-Pt alloy NPs功能组分，其兼具类葡萄糖氧化酶 (Glucose Oxidase-like, GOD-like) 和类过氧化氢酶 (Catalase-like, CAT-like) 的催化性质。OHCN水凝胶敷料可通过Au-Pt 纳米酶功能组分发挥GOD-like和CAT-like的活性，对创面微环境起到降血糖、减缓氧化损伤、释放O2等调控作用（图1）。体外实验结果表明，OHCN水凝胶材料在15分钟内即可消耗掉80%的H2O2（100 mM）；7小时内可将葡萄糖溶液的浓度从12 mM降低至6.5 mM（图2）。通过水凝胶网络支架和Au-Pt alloy NPs的协同作用，OHCN水凝胶敷料显著改善了慢性创面的病理微环境，加快了糖尿病伤口的愈合速度。治疗前期，OHCN水凝胶敷料处理组的伤口愈合率较对照组提高了近30%。治疗周期进行至第15天，OHCN水凝胶敷料处理组的伤口愈合率接近100%（图3）。以上结果表明，OHCN水凝胶敷料的促愈合效果十分显著，为糖尿病慢性伤口的有效修复提供了一种新策略。
上述成果近期在线发表在国际学术期刊 Biomaterials Advances上。苏州纳米所与中科大纳米学院联培硕士生张博为第一作者，张智军研究员、黄洁副研究员以及苏州大学崇羽副研究员为共同通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中科院国际合作项目等资助。
图1. OHCN水凝胶敷料的制备以及Au-Pt alloy NPs的纳米酶活性对糖尿病创面处微环境的调控作用示意图。
图2. OHCN水凝胶材料在体外消耗(A) H2O2和(B)葡萄糖的能力。
图3. OHCN水凝胶敷料对糖尿病慢性伤口的促愈合效果。
论文信息：
Bo Zhang, Yinjuan Lv, Chenggong Yu, Wei Zhang, Shaoshuai Song, Yuxuan Li, Yu Chong*, Jie Huang* and Zhijun Zhang* Au–Pt nanozyme-based multifunctional hydrogel dressing for diabetic wound healing, Biomaterials Advances, 2022, 137, 212869.
