本研究由重庆大学医学院、重庆市临床检验中心、重庆市人民医院检验科的王康（Kang Wang）等学者合作完成，通讯作者为顾玮（Wei Gu）、张宏（Hong Zhang）和罗阳（Yang Luo）。其他参与单位包括重庆大学生物工程学院、重庆大学肿瘤医院、辽宁中医药大学药学院及昆明医科大学。该研究作为原创性论著（Research Article）发表于 Advanced Healthcare Materials 期刊，2026 年 1 月 14 日收稿，2026 年 2 月 8 日接收，文献编号 e05948。
慢性糖尿病创面，尤其是合并耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染的创面，是临床上面临的重大难题。糖尿病创面的病理微环境并非静止不变，而是从早期以蛋白酶和细菌为主导的炎症阶段，逐渐演变为后期以活性氧（ROS）富集和血管新生受损为特征的修复阶段。创面愈合正常需经历止血、炎症、增殖和重塑四个相互衔接的阶段，但糖尿病患者由于持续高血糖、免疫功能受损、基质金属蛋白酶-9（MMP-9）过度表达、氧化应激加剧以及血管内皮功能障碍等多重病理因素交织，导致愈合过程停滞。
现有治疗策略存在明显不足：全身性抗生素对血供不良组织穿透性差，且耐药菌问题日益严峻；生长因子治疗受限于蛋白酶丰富的创面环境中易降解；传统敷料多为被动屏障，缺乏对动态创面微环境的适应性调节能力。已有的一些刺激响应性生物材料虽能响应单一病理信号，但难以应对创面不同阶段主导病理因素的变化。
基于此，研究者提出一个核心科学问题：能否设计一种具有阶段适应性的水凝胶敷料，通过正交的病理阶段驱动激活机制，实现早期抗菌抗炎、后期抗氧化促血管再生的序贯治疗功能？研究目的在于构建一种将 MMP-9 响应性微球与 ROS 响应性微球共同嵌入水凝胶的复合体系，使治疗干预与创面病理演进过程相匹配。
本研究包含材料制备与表征、体外功能验证、体内动物实验及分子机制解析四个主要环节。
材料制备与表征环节：研究团队首先合成了两种生物响应性微球。第一种为 MMP-9 敏感性甲基丙烯酰化明胶（GelMA）微球，采用微流控技术制备，平均粒径约 300 µm，内部呈疏松多孔结构。通过静电吸附作用将阳离子抗菌肽 ILRWPWWPWRRK-NH₂（AMP）负载于带负电的 GelMA 网络中。第二种为 ROS 响应性的透明质酸-苯硼酸-聚乙烯醇（HA-PBA-PVA，简称 PPH）微球，同样通过微流控技术制备，结构致密，将血管内皮生长因子（VEGF）包封于其中。两种微球随后被共同嵌入由聚丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯构成、通过 Fe³⁺ 动态配位键交联的水凝胶基质中。表征实验包括光学显微镜和扫描电镜观察微球形态、能量色散光谱（EDS）元素分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、流变学测试、力学性能测试、自愈合性能评估、溶胀率测定及不同 pH 条件下的降解行为分析。
响应性释放验证环节：研究者系统评估了两种微球对各自靶标刺激物的响应性能。对于 GelMA 微球，通过比较不含 MMP-9 敏感肽序列的对照组（blank-MMP-GelMA）与含敏感序列的实验组（MMP-GelMA）在不同 MMP-9 浓度下的降解和 AMP 释放行为，确认了 MMP-9 浓度依赖性的响应释放特性。对于 PPH 微球，采用 DPPH 自由基清除实验验证其 ROS 清除能力，并通过与缺乏苯硼酸基团的对照组（blank-PPH）比较，证实了 H₂O₂ 浓度依赖性的 VEGF 释放行为。
体外功能验证环节：抗菌实验以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和 MRSA 为模型菌株，设置 PBS、氨苄青霉素、空白 GelMA 微球、游离 AMP 和 AMP-GelMA 微球五个处理组，通过光密度（OD）测量、菌落形成实验、活/死染色和扫描电镜观察评估抗菌效果。细胞学实验以人脐静脉内皮细胞（HUVEC）为研究对象，采用 DHE 染色检测细胞内 ROS 水平，通过 CCK-8 增殖实验、EdU 染色、划痕实验、Transwell 迁移实验和 Matrigel 管形成实验系统评估 PPH 微球及 VEGF-PPH 对细胞增殖、迁移和血管生成能力的影响。免疫荧光染色检测 CD31 和 α-SMA 的表达及共定位。
体内动物实验环节：研究建立了链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠模型，血糖水平超过 16.7 mmol/L 的大鼠被随机分组，在背部制造直径 15 mm 的全层皮肤缺损并接种 MRSA。实验分为 PBS 组、单纯水凝胶组（Gel）、含空白微球水凝胶组（Gel-Blank MS）和含双载药微球水凝胶组（Gel-AMP/VEGF），每组 3 只动物。在术后第 0、7、14、21 天记录创面照片并计算愈合率；第 1 天和第 7 天采集创面拭子进行细菌培养计数；第 3 天和第 7 天取创面组织进行 qPCR 检测炎症因子；第 14 天和第 21 天进行 H&E 染色和 Masson 三色染色评估组织学变化；第 21 天进行免疫荧光染色检测 VEGF、MMP-9、HIF-1α、CD31、α-SMA、胶原蛋白 I 和 III 的表达。此外，对主要脏器进行组织学检查，并检测血液学和生化指标以评估系统毒性。
分子机制解析环节：对第 4 天和第 7 天的创面组织进行了定量蛋白质组学和 N-糖蛋白组学分析，包括主成分分析（PCA）、层次聚类、差异表达分析、基因本体（GO）功能富集分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，以及维恩图交集分析。
材料表征结果显示，两种微球均成功制备且粒径均一（约 300 µm）。GelMA 微球呈疏松多孔结构，有利于 AMP 的渗透负载；而 PPH 微球结构致密，限制了分子穿透。载入水凝胶后微球保持完整形态，水凝胶具有良好的可塑性、自愈合性能（6 小时内可自主融合）、粘附性能和酸碱响应性降解特性。
响应性验证实验表明，GelMA 微球在 20 ng MMP-9 条件下降解约 40%，在 50 ng MMP-9 条件下降解近 80%，而对照组在相同条件下几乎不降解。AMP 释放实验显示，MMP-GelMA 微球在 50 ng MMP-9 刺激下累积释放超过 80%，呈现明显的浓度依赖性；缺乏敏感序列的对照组在各浓度下释放均极低。PPH 微球的 DPPH 清除活性随浓度增加而增强，并伴随从深紫色到浅黄色的明显颜色变化。其降解率随 H₂O₂ 浓度升高而增大，VEGF 释放在 100 µM H₂O₂ 时达到最大值，而缺乏苯硼酸基团的对照组即使在相同 H₂O₂ 浓度下释放也可忽略不计。
抗菌实验结果显示，AMP-GelMA 微球对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和 MRSA 的杀菌效率分别为 95.4%、96.1% 和 95.0%，与游离 AMP 相当，而氨苄青霉素组和空白微球组抗菌效果有限。活/死染色和扫描电镜观察证实 AMP 和 AMP-GelMA 处理的细菌出现明显的膜皱缩、变形和胞质内容物泄漏，表明其通过膜破坏机制发挥杀菌作用。
细胞学实验结果证明，PPH 微球和 VEGF-PPH 能显著降低 LPS 或 H₂O₂ 诱导的细胞内 ROS 水平。在 10 µM H₂O₂ 氧化应激条件下，PPH 微球有效清除 ROS 并增强 CD31 表达，而 VEGF 和 VEGF-PPH 组的 CD31 上调更为显著。CD31 与 α-SMA 双染显示 VEGF-PPH 组的共定位增强最为突出。增殖实验显示 VEGF-PPH 组在 72 小时内细胞增殖最为显著；划痕实验和 Transwell 实验均表明 VEGF-PPH 组具有最优的促迁移效果；管形成实验中 VEGF-PPH 组的管状结构数量、节点数和总管长度均显著高于其他各组。
体内实验结果进一步验证了该体系的有效性。Gel-AMP/VEGF 组在第 21 天创面愈合率达到 85%，显著高于 Gel-Blank MS 组（60%）、Gel 组（40%）和 PBS 组（20%）。细菌培养显示 Gel-AMP/VEGF 组第 7 天细菌菌落数显著减少。qPCR 检测表明治疗组促炎因子 IL-6 和 TNF-α 的表达在第 3 天至第 7 天逐渐下降，而抗炎因子 IL-10 和 TGF-β 在第 7 天显著上调。组织学分析显示 Gel-AMP/VEGF 组创面宽度最窄、表皮再生最完整、真皮最厚、炎症浸润最少、胶原沉积最致密且排列最有序。免疫荧光染色确认该组 MMP-9 水平显著下降，HIF-1α 和 VEGF 表达升高，CD31⁺ 和 α-SMA⁺ 信号强度最高，表明成熟血管形成增多。系统毒性评估未发现脏器异常或血液学指标异常。
蛋白质组学分析揭示了更为深入的分子机制：第 4 天时差异蛋白主要富集于炎症反应、白细胞迁移和氧化应激相关通路；第 7 天时则转向表皮发育、角化和细胞外基质组织等修复相关通路。N-糖蛋白组学分析进一步发现，治疗早期炎症相关糖肽显著下调，而后期与 ECM 重塑、细胞粘附和血管生成相关的糖蛋白糖基化水平上调，表明糖基化修饰在创面修复中发挥重要调控作用。
本研究成功构建了一种阶段适应性双微球水凝胶敷料，通过正交病理信号（MMP-9 与 ROS）策略实现序贯治疗：早期 GelMA 微球响应高浓度 MMP-9 降解，消耗过量蛋白酶的同时释放 AMP 以消除 MRSA 感染、减轻炎症；后期 PPH 微球响应 ROS 氧化应激降解，清除 ROS 的同时释放 VEGF 以促进内皮细胞功能恢复和新生血管形成。该体系在体外和体内均表现出显著的抗菌、抗氧化、免疫调节和促血管再生的协同功效，有效加速了 MRSA 感染的糖尿病创面愈合，且无明显系统毒性。
该研究的科学价值在于提出了一种“病理阶段驱动激活”的设计范式：不同于以往依赖单一共享触发机制的“序贯”释放体系，本研究采用正交的病理触发器，将早期和后期功能与创面不同阶段的主导病理因素对应起来，减少了交叉激活和过早释放的风险。同时，该体系不仅将病理信号作为释放开关，还主动消耗或中和这些致病因子（MMP-9 消耗和 ROS 清除），实现了“触发-治疗”的耦合。在应用价值方面，该平台为慢性不愈合创面的临床治疗提供了一种具有转化潜力的新策略，特别是在多重病理因素交织的糖尿病足溃疡治疗中具有广阔的应用前景。
本研究的核心亮点在于：（1）采用正交病理触发机制实现了真正的阶段适应性激活，早期和后期功能由不同病理信号分别驱动，避免了单一触发机制带来的时间界限模糊问题；（2）将触发响应与致病因子中和相结合，响应性基序不仅用于触发释放，还通过消耗 MMP-9 和清除 ROS 主动重塑创面微环境；（3）通过定量蛋白质组学和 N-糖蛋白组学提供了时间分辨的系统级分子证据，揭示了糖基化修饰在创面炎症消退与组织修复转换中的潜在调控作用；（4）在 MRSA 感染的糖尿病大鼠模型中实现了 85% 的愈合率，显著优于各对照组，验证了双模块协同作用的治疗优势。
研究中存在的局限性值得关注：（1）尚未对免疫细胞亚群进行全面的机制验证，巨噬细胞极化状态的定量分析有待补充；（2）观察窗口内评估了组织重建和胶原重塑，但长期瘢痕质量和纤维化风险需要更长时间的随访评估；（3）STZ 诱导的糖尿病大鼠合并 MRSA 单一感染模型虽然严格，但无法完全模拟临床糖尿病足溃疡的缺血性合并症、慢性病程和多菌种生物膜环境。未来研究应在大动物缺血模型和混合菌种生物膜条件下验证疗效与安全性，并定量绘制 MMP-9 和 ROS 的时间变化曲线与释放/清除动力学之间的关系，以优化给药窗口和治疗方案。