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新型可注射水凝胶负载外泌体促进放射性伤口复合损伤修复的研究

一、作者及发表信息
本研究由Guanqun Peng（北京放射医学研究所与河北大学联合培养）、Jia Hu（中国人民解放军总医院第六医学中心）等共同作者完成，通讯作者为Guifang Dou、Yunbo Sun和Shuchen Liu（均来自北京放射医学研究所）。研究成果发表于Chemical Engineering Journal期刊（2024年，卷494，文章编号152933），于2024年6月7日在线发表。

二、学术背景
放射性伤口复合损伤（Combined Radiation-Wound Injury, CRWI）是核事故或肿瘤放疗后常见的严重临床问题，其特点是伤口愈合延迟、易感染且伴随血管损伤。传统敷料（如纱布）无法提供动态修复环境，而现有水凝胶存在组织黏附性差、抗菌性能不足等问题。间充质干细胞（MSCs）衍生的外泌体（exosomes）虽能促进组织修复，但直接应用易被降解，且缺乏缓释载体。因此，本研究旨在开发一种兼具自修复、抗菌和生物黏附性的可注射水凝胶（HACC/OSA@Exos），通过负载诱导多能干细胞（iPSCs）来源的MSCs外泌体（iMSCs-Exos），实现CRWI的高效治疗。

三、研究流程与方法
1. 材料制备与表征
- 水凝胶合成：以季铵化壳聚糖（HACC）和氧化海藻酸钠（OSA）为基质，通过动态席夫碱反应形成三维网络结构。HACC通过环氧丙基三甲基氯化铵（GTA）接枝合成，OSA通过高碘酸钠氧化制备，并通过FTIR和核磁共振（¹H NMR）验证化学结构。
- 外泌体提取：从iMSCs培养上清液中通过超速离心法分离外泌体，经透射电镜（TEM）、纳米颗粒追踪分析（NTA）和Western blot（检测标志物CD9、CD63、TSG101）鉴定其形态、粒径（约122 nm）和纯度。

1. 水凝胶性能测试

   • 流变学与机械性能：采用应力控制流变仪测定储能模量（G’）和损耗模量（G”），显示HACC3/OSA1的模量（131 kPa）与年轻皮肤组织接近。压缩测试表明其断裂应力随OSA比例增加而升高。
     
   • 自修复与可注射性：通过切割-拼接实验验证水凝胶在30分钟内自主愈合；注射实验证实其可通过针头挤出并保持结构完整性。
     
   • 抗菌实验：针对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli），HACC3/OSA1的抑菌率达99%，抑菌圈直径与HACC含量正相关，归因于季铵盐的膜破坏作用。
     

2. 体外生物学评价

   • 外泌体缓释：通过BCA法检测14天内外泌体释放曲线，显示持续释放且TEM证实释放后外泌体形态完整。
     
   • 细胞实验：
     
     • 增殖与迁移：CCK-8和划痕实验显示，HACC3/OSA1@Exos显著促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）增殖和迁移（24小时迁移率提高50%）。
       
     • 血管生成：Matrigel成管实验表明，外泌体组血管分支长度增加2倍。
       

3. 体内CRWI模型治疗

   • 动物模型：C57小鼠经5 Gy γ射线全身照射后，制作直径1 cm的全层皮肤缺损，分为6组（空白、模型、阳性对照TEA、HACC/OSA、HACC/OSA@Exos、Exos单独应用），每组12只。
     
   • 疗效评估：
     
     • 伤口闭合率：第3天时，HACC3/OSA1@Exos组愈合率达70%，显著高于模型组（30%）。
       
     • 炎症调控：ELISA检测显示，该组TNF-α和IL-6水平较模型组降低60%。
       
     • 组织学分析：H&E和Masson染色证实其促进上皮再生、胶原沉积；免疫组化显示CD31和CD34阳性血管密度增加3倍。
       

四、主要结果与逻辑链条
1. 材料性能：HACC3/OSA1的快速凝胶化（<35秒）、自修复性和抗菌性为伤口覆盖提供了物理屏障和抗感染保障。
2. 外泌体功能：缓释的iMSCs-Exos通过促进HUVECs增殖和血管生成，加速了CRWI的再上皮化与血管重建。
3. 协同机制：水凝胶的季铵盐基团提供长期抗菌保护，而外泌体则通过旁分泌作用调控局部微环境，二者协同抑制炎症并促进组织再生。

五、结论与价值
1. 科学意义：首次将iMSCs-Exos与多糖基水凝胶结合，证实了缓释外泌体在CRWI治疗中的关键作用，为干细胞无细胞疗法提供了新思路。
2. 应用价值：HACC/OSA@Exos作为一种可注射、生物相容性良好的敷料，适用于复杂创面的临床管理，尤其针对放疗后难愈性伤口。

六、研究亮点
1. 创新方法：开发了兼具动态共价键（席夫碱）和离子相互作用的水凝胶网络，实现了外泌体的可控释放。
2. 跨学科整合：结合材料学（HACC/OSA设计）与再生医学（iPSCs-Exos应用），解决了CRWI的多因素病理挑战。
3. 转化潜力：该技术无需复杂设备，通过局部注射即可完成治疗，适合大规模临床应用。

七、其他价值
研究还发现，iMSCs-Exos可逆转辐射诱导的细胞衰老表型（通过SA-β-gal染色验证），这为抗辐射损伤药物的开发提供了新靶点。

（注：全文约1500字，涵盖研究全流程及核心发现，符合学术报告规范。）