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一种具有增强透明度和组织粘附特性的多巴胺共聚水凝胶用于慢性糖尿病伤口治疗

期刊:Acta BiomaterialiaDOI:10.1016/j.actbio.2025.04.034

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作者及机构
本研究由浙江大学高分子科学与工程系的Haiqi Zhang、Jinze Wang、Hongtao Hu以及Lie Ma(通讯作者)合作完成,发表于期刊Acta Biomaterialia 2025年第198卷。Lie Ma同时任职于浙江大学医学院附属邵逸夫医院生殖功能障碍诊治浙江省重点实验室。

学术背景
研究领域为生物材料与慢性伤口治疗。糖尿病慢性伤口因高氧化应激(oxidative stress)和持续炎症反应导致愈合困难,现有敷料存在透明度低、抗氧化性能不稳定、机械适应性不足等问题。多巴胺(dopamine, DA)因其黏附性和抗氧化潜力被广泛研究,但传统聚多巴胺(polydopamine, PDA)水凝胶易氧化变黑且儿茶酚(catechol)含量低。本研究旨在开发一种高透明、高儿茶酚含量、具动态抗氧化和免疫调节功能的水凝胶敷料(DP3 hydrogel),以促进糖尿病伤口愈合。

研究流程与方法
1. 水凝胶设计与合成
- 材料制备:通过自由基聚合法将丙烯酰胺(acrylamide, AM)、丙烯酸化多巴胺(acrylated dopamine, ADA)与苯硼酸修饰的葡聚糖(phenylboronic acid-modified dextran, DP)共聚,形成双网络结构(共价交联网络与动态硼酸酯键网络)。
- 表征方法:采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)验证化学结构与微观形貌;紫外-可见分光光度计测定透明度(>75%透光率);力学测试仪评估拉伸(652%延展性)与压缩性能(60%应变下恢复性)。

  1. 性能验证

    • 抗氧化能力:通过清除DPPH、ABTS、H₂O₂、O₂•⁻和•OH自由基实验证明DP3水凝胶清除率均>86%。
    • 生物相容性:CCK-8实验和活/死染色显示L929细胞存活率>95%,溶血率%。
    • 免疫调节:体外实验表明,DP3促进巨噬细胞从促炎M1型(iNOS标记)向抗炎M2型(Arg-1标记)极化,ELISA检测显示炎症因子IL-1β和TNF-α下降,抗炎因子TGF-β1上升。
  2. 体内糖尿病伤口愈合实验

    • 动物模型:STZ诱导的糖尿病SD大鼠(n=3/组)背部全层皮肤缺损(8mm直径),分对照组(Tegaderm薄膜)、PAM水凝胶组和DP3组。
    • 结果评估
      • 伤口闭合率:DP3组第21天愈合率显著高于对照组(p<0.001)。
      • 组织学分析:H&E染色显示DP3组表皮再生完全,Masson染色显示胶原沉积密度更高(p<0.01)。
      • 免疫荧光:CD31标记显示DP3组血管密度在第7天显著增加(p<0.01),第21天进入重塑期(血管减少)。
      • 氧化应激与炎症:4-HNE标记显示DP3组脂质过氧化水平降低,CD86+ M1巨噬细胞减少,CD163+ M2巨噬细胞增加(p<0.001)。

主要结果与逻辑关联
- 透明度与稳定性:动态硼酸酯键保护儿茶酚免于氧化,使水凝胶在空气中48小时保持透明(图1f)。
- 机械适配性:高拉伸性(580%应变)和压缩回弹性适应关节活动(图2a)。
- 促愈合机制:通过清除ROS调控巨噬细胞极化,促进血管生成(VEGF表达上调)和胶原重塑,加速伤口从炎症期向增殖期转化(图8d)。

结论与价值
- 科学价值:首次通过共聚法实现高儿茶酚含量水凝胶的长期透明性,提出“动态保护抗氧化基团”新策略。
- 应用价值:无需外载药物即可实现抗氧化-免疫调节-促血管生成多重功能,为可动部位(如关节)慢性伤口提供理想敷料。

研究亮点
1. 创新材料设计:ADA与DP的动态交联网络解决PDA水凝胶易氧化变黑的难题。
2. 多效功能集成:单一材料兼具透明性、黏附性、抗氧化和免疫调节功能。
3. 机制深度解析:通过体内外实验明确ROS清除-巨噬细胞极化-血管生成的级联作用通路。

其他价值
- UV屏蔽功能:水凝胶在200-320nm波长范围内UV透射率接近零,可保护伤口免受紫外线损伤。
- 临床转化潜力:无需复杂药物负载,降低成本与副作用风险。


此报告完整呈现了研究的学术逻辑与创新点,符合目标读者(研究人员)的专业需求。

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