文章题目：A glucose-responsive nitric oxide release hydrogel for infected diabetic

wounds treatment

发表期刊：Journal of Controlled Release

影响因子：10.8

通讯单位：中国药科大学工程学院制药工程系

        糖尿病伤口感染是糖尿病最严重的并发症之一，归因于多种因素，包括高血糖环境，细菌感染，慢性炎症，血管生成受损和胶原蛋白代谢异常。一氧化氮（NO）作为一种气体治疗分子，许多研究表明，NO可以下调炎症，促进血管生成，刺激胶原蛋白形成并促进成纤维细胞迁移，从而在伤口愈合方面具有巨大潜力。本文将L-精氨酸（L-Arg）和葡萄糖氧化酶（GOx）分别与壳聚糖共价连接，并与氧化透明质酸交联，开发了一种具有临床应用潜力的可注射、自愈合及伤口微环境响应性释放H₂O₂和NO的水凝胶。

图1：CAHG水凝胶用于金黄色葡萄球菌感染糖尿病伤口愈合的示意图

        基于希夫碱反应，将壳聚糖（CS）和L-Arg偶联形成CS-Arg偶联物（CA），GOx改性的透明质酸（HG）可以和CA进行原位交联，形成CAHG水凝胶敷料（图1A），体内实验评估了 CAHG水凝胶对糖尿病小鼠金黄色葡萄球菌感染伤口的体内伤口愈合作用（图1B）；通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜图像等结果表明成功制备了NO-功能化CAHG水凝胶，并测定了水凝胶的溶胀情况及H₂O₂和NO的体外释放情况（图2D-F），结果表明在与葡萄糖共培养72 h后均仍可检测到H₂O₂氢和NO，说明CAHG水凝胶可能具有长期的药理功能。

图2：CAHG水凝胶的表征

        水凝胶的流变性、可注射性和自愈合特性在创伤敷料的使用寿命中起着重要的作用。图3A/B/C的结果分别显示了CA的加入使凝胶具有良好的稳定性、固液状态的临界点及CAHG水凝胶具有自愈特性。图3D/E的结果直观地显示了CAHG水凝胶的自愈合特性，这些结果表明，席夫碱反应的动态交联作用使CAHG水凝胶具有良好的自愈合能力和可注射性。

图3：CAHG水凝胶的力学性能表征

        CAHG可能通过多种机制表现出抗菌活性。本文通过分析不同制剂CH，CAH，CHG和CAHG水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的菌落生长情况，结果表明CAHG水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率最高可达到100%（图4），这是由于H₂O₂和NO的释放。随后又采用活/死细菌染色进一步确认CAHG水凝胶体系的抗菌性能（图5）。这些结果都表明CAHG水凝胶具有优异的抗菌能力。

图4：水凝胶的体外抗菌性能分析

图5：细菌的活/死染色

        通过测定细胞毒性和血液相容性来评估CAHG水凝胶的生物相容性。采用MTT法评估了CAHG水凝胶对L929细胞的细胞毒性，结果表明L929细胞存活率大于90%，与对照组之间无显著差异。通过活/死染色测定进一步得到证实（图6C）。通过溶血分析进一步探索了水凝胶的血液相容性（图6D），所有水凝胶仅表现出轻微的溶血（<4%）。这些结果表明，这些水凝胶具有良好的细胞相容性，可用于随后的伤口治疗。

图6：CAHG的生物相容性和溶血评估

        在糖尿病小鼠模型中测定CAHG水凝胶的伤口愈合能力。对伤口进行空白对照、CH、CAH、CHG和CAHG水凝胶进行处理（图7A）。记录并拍摄了伤口和体重的直径变化（图7B/C），用CAHG水凝胶治疗的创面在第8天可愈合约90.5%，相比之下，其他治疗组间无显著性差异。在第4天采用铺板法检测感染伤口处残留细菌的相对量（图7D/E），结果表明，CAHG水凝胶组的细菌菌落最少，主要由于CAHG水凝胶中的H₂O₂和 NO 协同抗菌活性。

图7：CAHG水凝胶加速糖尿病小鼠的伤口愈合

        NO在抗菌和创伤愈合过程中发挥重要作用。因此，通过用DAR-1的NO特异性荧光探针染色，进一步研究了伤口处水凝胶的NO释放。如图8A所示，CAH和CAHG水凝胶组均可观察到明显的红色荧光信号。在第4天和第8天通过H&E染色进一步评估了H₂O₂和NO对糖尿病伤口修复的影响（图8B）。结果表明CAHG处理小鼠的炎症细胞在第4天明显减少，且新血管密度明显高于其他组，表明CAHG水凝胶可减少炎症反应、促进血管生成，从而有利于伤口愈合。

图8：糖尿病小鼠伤口愈合的组织形态学评估

        长期炎症反应是糖尿病伤口愈合的标志之一，因此，研究了CAHG水凝胶对伤口微环境中巨噬细胞和炎症因子比例的调控作用。结果表明，用CAHG水凝胶治疗的伤口微环境中抗炎M2型巨噬细胞的百分比显着增加（图9 A/B），肿瘤坏死因子（TNF-α）的表达显著降低（图9C）。通过免疫荧光染色测定表明CAHG治疗组新生血管形成和胶原蛋白标志物的表达显著增加（图9D-F），表明伤口组织出现更多的新生血管和胶原积累。这些结果表明，CAHG水凝胶通过抑制细菌增殖，减少炎症，促进血管生成和提高伤口周围的胶原蛋白积累，在细菌感染的伤口愈合中起着重要作用。

图9：体内伤口微环境分析

        综上所述，L-Arg偶联壳聚糖与GOx修饰的透明质酸通过希夫碱反应交联制备葡萄糖响应性NO-功能化伤口敷料（CAHG）。 CAHG水凝胶可在糖尿病伤口的高血糖条件下级联GOx和L-Arg介导H₂O₂-NO释放。体外抗菌研究表明，该水凝胶敷料通过同时释放H₂O₂和NO实现协同抑制细菌增殖效果。而且，该水凝胶敷料具有糖尿病伤口微环境调节功能，包括抗炎活性、促进血管生成和刺激胶原蛋白沉积。这项工作通过伤口微环境响应的H₂O₂和NO释放为糖尿病伤口管理提供了一种替代策略，从而防止细菌感染，并以可持续的模式加速伤口愈合。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365923003681?via%3Dihub

 作者：孙江英

审核：李全才

编辑：邵萌

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