本研究由上海交通大学医学院附属第九人民医院整形外科的张一秋、谢佳、李江涵等研究者完成，通讯作者为王丹茹、周广东和霍莹莹。该研究成果发表于 Bioactive Materials 期刊，于2026年8月27日在线发表，论文题为《一种通过免疫调节和ECM重塑实现时空递送脐带外泌体以促进无瘢痕皮肤再生的粘附性水凝胶》。研究团队开发了一种具有粘附性的双网络水凝胶，并将其作为脐带来源外泌体（umbilical cord-derived exosomes, uexos）的递送平台，用于促进全层皮肤缺损的再生修复并抑制病理性瘢痕形成。全层皮肤缺损的再生修复是临床上面临的重大挑战，传统敷料往往缺乏同时兼顾强粘附性与机械顺应性并主动引导组织再生的能力，因此易导致病理性瘢痕。近年来，基于水凝胶的敷料因其高含水量、良好生物相容性及负载生物活性物质的能力而受到广泛关注，但大多数现有水凝胶功能单一，难以动态调控创面愈合的多个阶段。此外，间充质干细胞来源的外泌体因具有调控炎症、促进血管生成和细胞外基质（extracellular matrix, ECM）重塑的潜力而成为再生医学的研究热点。其中，脐带来源外泌体具有来源丰富、获取无创、伦理可接受且增殖能力强的优势，但其临床应用受到快速清除和难以在创面局部维持治疗浓度的限制。因此，开发一种既能实现湿态组织牢固粘附又能持续递送生物活性因子的智能水凝胶系统，对于同步促进快速修复和抑制瘢痕形成具有重要意义。该研究旨在通过整合动态硼酸酯键与光触发亚胺交联构建粘附性双网络水凝胶，并利用甲基丙烯酰化肝素（methacrylated heparin, hepma）实现uexos的持续释放，进而在体外细胞实验、小鼠全层皮肤缺损模型和兔耳增生性瘢痕模型中系统评估其促进无瘢痕愈合的治疗效果。材料的构建方面，首先合成了苯硼酸修饰的甲基丙烯酰化明胶（gelma-pba，简称gmp），随后制备了三种水凝胶配方：g水凝胶（5% w/v gmp）、gh水凝胶（gmp与o-硝基苄修饰的透明质酸hanb按1:1混合，总量10% w/v）以及ghh水凝胶（gh中添加1% w/v hepma）。核磁共振氢谱确认了化学修饰的成功，扫描电镜显示三种水凝胶均具有相互连通的三维多孔结构。流变学分析表明ghh水凝胶具有更高的储能模量，凝胶化时间在15秒以内，压缩模量为25.15 kPa，与天然皮肤弹性范围相匹配。粘附性能测试显示ghh水凝胶在猪皮肤上的搭接剪切强度峰值达到19.0 ± 1.5 kPa，且能在弯曲、翻转、扭曲和PBS浸泡条件下保持结构完整。体外释放实验表明，与gh水凝胶相比，ghh水凝胶中的uexos释放更缓慢但更持续，7天内累积释放率达到80%，而gh水凝胶在第3天即达到约60%的平台期。体内荧光成像进一步证实，游离uexos在48小时内迅速从创面消散，而uexos@gel在24和48小时均保持显著更强的荧光信号，说明水凝胶系统能有效延长外泌体在创面的局部滞留时间。在外泌体表征方面，透射电镜观察到典型的杯状纳米囊泡，粒径分布符合外泌体特征范围。蛋白质印迹检测到外泌体标志蛋白CD63、CD81和CD9阳性，而内质网驻留蛋白calnexin阴性，证明分离获得的外泌体纯度较高。共聚焦成像显示CM-DiI标记的uexos可被真皮成纤维细胞有效摄取。蛋白质组学分析共鉴定出959个高置信度蛋白，其中180个与ExoCarta人外泌体蛋白数据库重叠。基因本体和京都基因与基因组百科全书富集分析显示这些蛋白显著富集于上皮细胞发育、细胞粘附、再生、ECM组织和能量代谢等创面愈合关键通路。蛋白互作网络拓扑分析识别出ACTB、ANXA2、PGK1、PRDX1和LDHA等核心枢纽蛋白。成纤维细胞转录组测序鉴定出639个上调基因和339个下调基因，KEGG通路富集分析显示差异基因主要富集于IL-17、TNF、MAPK、PI3K-Akt和VEGF等信号通路，热图分析进一步显示PI3K-Akt、IL-17和VEGF通路中代表性基因的差异表达模式，其中spp1表达下调，csf3、vegfa和mmp1表达上调。基因集富集分析同样提示PI3K-Akt、IL-17和VEGF信号通路在uexos处理的成纤维细胞中富集。这些结果提示uexos可直接调控成纤维细胞行为和ECM重塑，并与炎症和血管生成过程存在潜在交互作用。在体外功能实验中，研究团队首先通过CCK-8实验证实水凝胶体系对RAW264.7巨噬细胞、人脐静脉内皮细胞、人真皮成纤维细胞和人永生化角质形成细胞均具有良好的细胞相容性，溶血实验显示溶血率极低。在脂多糖刺激的RAW264.7巨噬细胞模型中，免疫荧光染色显示uexos@gel显著降低M1标志物CD86的表达，流式细胞术进一步证实uexos@gel比游离uexos更有效地抑制CD86并增强M2标志物CD206的表达。实时荧光定量PCR结果显示uexos@gel显著下调促炎基因tnf-α、il-6、ccl2和il-1β，同时上调抗炎和修复性基因il-10和tgf-β。在内皮细胞功能评估中，uexos@gel比游离uexos表现出更强的促血管生成活性，管腔形成实验中的连接点数量显著增加，划痕迁移实验中的创面闭合速度也更快。此外，从uexos@gel中收集的第3天和第7天释放液仍能促进内皮管腔形成并诱导巨噬细胞向CD206阳性表型极化，证实持续释放过程中外泌体生物活性得到有效保持。在成纤维细胞ECM重塑实验中，rt-qPCR分析显示uexos@gel显著降低col1a1和spp1表达，增加mmp1表达，并使col3a1/col1a1比例明显升高，这种表达模式提示其具有减少纤维化基质沉积和增强胶原重塑的再生性ECM重塑表型。蛋白质印迹分析显示uexos@gel比游离uexos更强地增加Akt磷酸化，而PI3K抑制剂LY294002可削弱该效应，说明PI3K-Akt信号通路参与uexos@gel的生物学作用。在小鼠全层皮肤缺损模型中，研究团队在C57BL/6小鼠背部建立直径8 mm的全层创面。大体观察及创面面积定量分析显示uexos@gel组的创面闭合速度显著快于对照组、空白水凝胶组和游离uexos组。第9天组织学分析显示uexos@gel处理创面表皮覆盖更连续，创面宽度更小，Masson三色染色显示胶原沉积增加且排列更有序。第14天苏木精-伊红染色显示uexos@gel组创面再上皮化更完善，创面宽度显著减小，Masson染色显示胶原沉积更丰富且结构更有序。免疫荧光染色显示uexos@gel组CD86阳性信号降低而CD206阳性信号升高，CD31阳性信号在第14天降低，这与活动性血管生成阶段的消退相一致。在兔耳增生性瘢痕模型中，研究团队在新西兰白兔耳腹侧建立直径10 mm的全层创面。大体观察和定量分析显示uexos@gel组在40天观察期内创面闭合速度显著快于对照组和空白水凝胶组。第10天组织学评价显示uexos@gel组瘢痕隆起、瘢痕厚度和瘢痕膨出角均较对照组和空白水凝胶组降低，组织形态更接近正常兔耳皮肤。第20天和第40天苏木精-伊红染色显示uexos@gel组创面表面更平整，真皮增厚减少，组织结构更规则。Masson三色染色显示uexos@gel组胶原过度沉积减弱，胶原分布更均匀。定量形态学分析证实uexos@gel在第20天和第40天均显著降低瘢痕隆起指数、瘢痕厚度和瘢痕膨出角。第40天免疫荧光染色显示uexos@gel显著降低I型胶原沉积，增加III型胶原和MMP1表达，III型/I型胶原比例显著升高，同时降低促炎细胞因子TNF-α和IL-1β并增加抗炎细胞因子IL-10。天狼星红染色在明场和偏振光显微镜下观察显示，对照组和空白水凝胶组的胶原纤维密集堆积且排列紊乱，而uexos@gel组胶原束排列更平行规则，更接近正常皮肤。CT-FIRE定量分析进一步证实uexos@gel组胶原纤维方向分布更集中，纤维长度和宽度分布均向正常皮肤偏移。该研究的主要结论是：通过整合动态硼酸酯键、光触发交联稳定和hepma介导的外泌体滞留，构建的粘附性双网络水凝胶能够实现牢固的组织粘附、延长的外泌体释放以及对炎症、血管生成和ECM重塑的协调调控。在小鼠创面愈合和兔耳增生性瘢痕模型中观察到的治疗效果表明，将先进粘附性生物材料与无细胞外泌体疗法相结合是实现再生性创面管理和瘢痕预防的有前景策略。该研究的科学价值在于揭示了脐带来源外泌体通过PI3K-Akt等信号通路调控成纤维细胞ECM重塑的分子机制，并通过蛋白质组学和转录组学多组学分析提供了外泌体治疗潜力的系统性证据。其应用价值在于为全层皮肤缺损的无瘢痕修复提供了一种兼具湿态粘附、机械顺应性和持续生物活性物质递送能力的智能水凝胶平台，有望改善目前临床上面临的病理性瘢痕形成难题。该研究的创新点主要体现在三个方面：第一，通过动态硼酸酯键与光触发亚胺交联的协同整合构建了双网络水凝胶，解决了湿态组织表面牢固可逆粘附与机械稳定性难以兼顾的问题；第二，利用hepma的负电荷网络结构实现了对uexos的高效负载和持续释放，避免了传统物理封装导致的突释现象；第三，在严格的兔耳增生性瘢痕模型中证明了uexos@gel不仅能促进创面快速闭合，还能通过提高III型/I型胶原比例、降低瘢痕隆起指数和改善胶原纤维排列方向来主动抑制增生性瘢痕形成，实现了“促愈合”与“抑瘢痕”的同步调控。值得注意的是，该水凝胶还具有葡萄糖响应性可逆粘附特性，在100 mM葡萄糖溶液中约90分钟内可从猪皮肤上自发脱落，这为糖尿病创面管理和无创换药提供了额外潜力。此外，研究团队指出，uexos的临床转化仍需要可扩展的GMP合规生产、改善储存稳定性以及标准化质量控制，未来还需要进一步验证关键治疗性分子并开展大动物和长期安全性研究。