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主要作者与研究机构及发表信息
本研究的主要作者包括Hao Chang、Pengfei Tian、Liuzhi Hao、Chengwei Hu、Bo Liu、Fengzhen Meng、Xin Yi、Xiaohua Pan、Xiaohua Hu、Huan Wang、Xinyun Zhai、Xu Cui、Jason Pui Yin Cheung、Xuanyong Liu、Haobo Pan、Shaoquan Bian和Xiaoli Zhao。研究由深圳先进技术研究院（中国科学院）、中国科学院大学、深圳市宝安区人民医院、中国医科大学口腔医学院、北京积水潭医院等多家机构合作完成。该研究发表于《Chemical Engineering Journal》期刊，2024年第481卷。

学术背景
糖尿病慢性伤口愈合是全球医疗系统面临的重大挑战之一。高血糖环境导致血管生成抑制和活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）过量产生，从而引发氧化应激损伤，阻碍伤口愈合。传统的治疗方法效果有限，因此开发新型生物材料以促进糖尿病伤口愈合具有重要意义。本研究旨在通过设计一种兼具ROS清除能力和血管生成促进能力的可注射热敏水凝胶，来解决糖尿病伤口愈合中的关键问题。研究结合了抗氧化铈掺杂生物活性玻璃（Cerium-doped Bioactive Glass, CeBG）和抗菌季铵化壳聚糖（Quaternary Chitosan, QCS），构建了一种多功能水凝胶，用于治疗糖尿病慢性伤口。

研究流程
本研究分为多个步骤：
1. CeBG纳米颗粒的制备与表征
使用溶胶-凝胶法合成CeBG纳米颗粒，并通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对其结构进行表征。此外，还检测了CeBG中硅和铈离子的释放行为。
- 研究对象：CeBG纳米颗粒（Ce5BG、Ce10BG、Ce15BG）。
- 方法：溶胶-凝胶法；表征方法包括SEM、XRD、XPS等。

1. 水凝胶的制备与性能测试
   利用甲基纤维素（Methyl Cellulose, MC）作为基质，加入QCS和CeBG纳米颗粒，制备出热敏性MC/QCS/CeBG水凝胶（简称M/Q/CeBG水凝胶）。通过流变学测试评估其热敏性转变行为，并研究其溶胀性能和注射性能。

   • 研究对象：MC、M/Q、M/Q/CeBG水凝胶。
     
   • 方法：动态时间扫描流变分析、频率扫描流变分析、溶胀实验。
     

2. 体外抗氧化能力测试
   测试CeBG纳米颗粒和M/Q/CeBG水凝胶对H₂O₂、•OH、•O₂⁻ 和ONOO⁻ 的清除能力。同时，研究其在高氧化环境下对细胞的保护作用。

   • 研究对象：L929成纤维细胞。
     
   • 方法：光比色法、DCFH-DA荧光探针检测、CCK-8细胞活力测定。
     

3. 生物相容性与功能性测试
   评估水凝胶的细胞毒性、溶血率、对人真皮成纤维细胞（Human Dermal Fibroblasts, HDFs）增殖和迁移的影响，以及其抗菌能力。

   • 研究对象：L929细胞、HDFs、大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）。
     
   • 方法：Live/Dead染色、CCK-8测定、划痕实验、抑菌实验。
     

4. 体内实验
   在糖尿病小鼠模型上测试M/Q/CeBG水凝胶对慢性伤口愈合的效果，通过组织学分析、免疫荧光染色和ROS检测评估其促进血管生成、减少炎症和降低ROS水平的能力。

   • 研究对象：糖尿病C57BL/6小鼠（n=24）。
     
   • 方法：全层皮肤伤口模型、HE染色、Masson染色、免疫荧光染色。
     

主要结果
1. CeBG纳米颗粒的表征
SEM和XRD结果显示CeBG纳米颗粒呈均匀微球状，直径约为430 nm。XPS分析表明CeBG中Ce³⁺和Ce⁴⁺的比例分别为38.07%、39.84%和39.13%，显示出潜在的抗氧化能力。离子释放实验显示Ce5BG具有最快的离子释放速率。

1. 水凝胶的性能
   M/Q/CeBG水凝胶在37°C下表现出良好的热敏性转变行为，且具有较低的粘度，便于注射。溶胀实验表明其溶胀率约为25%。

2. 体外抗氧化能力
   CeBG纳米颗粒和M/Q/CeBG水凝胶能够有效清除H₂O₂、•OH、•O₂⁻ 和ONOO⁻。M/Q/2Ce5BG水凝胶在高氧化环境下显著提高了L929细胞的存活率，并降低了细胞内ROS水平。

3. 生物相容性与功能性
   水凝胶表现出良好的生物相容性，细胞存活率超过90%。M/Q/2Ce5BG水凝胶显著促进了HDFs的增殖和迁移，并对E. coli和S. aureus表现出高效的杀菌能力（杀灭率分别为99.11%和98.45%）。

4. 体内实验结果
   在糖尿病小鼠模型中，M/Q/2Ce5BG水凝胶显著加速了伤口愈合，伤口闭合率达到近90%。组织学分析显示，M/Q/2Ce5BG组的伤口区域血管生成增加，炎症反应减弱，ROS水平降低。

结论与意义
本研究成功开发了一种新型可注射热敏性M/Q/CeBG水凝胶，用于治疗糖尿病慢性伤口。该水凝胶通过清除ROS、促进血管生成和减少炎症，显著加速了伤口愈合过程。研究不仅为糖尿病伤口治疗提供了新策略，也为其他氧化应激相关疾病的治疗提供了潜在应用价值。

研究亮点
1. 首次将CeBG纳米颗粒与热敏性水凝胶结合，实现了ROS清除和血管生成的协同作用。
2. 开发了一种具有良好注射性和生物相容性的多功能水凝胶。
3. 在糖尿病小鼠模型中验证了水凝胶的高效治疗效果，展示了其临床转化潜力。

其他有价值内容
研究团队利用FDA已批准的材料（如甲基纤维素和生物活性玻璃）开发水凝胶，有助于加速临床转化。此外，CeBG纳米颗粒的可控释放特性为长期抗氧化治疗提供了可能。