本学术报告基于Xie Hailong等人发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》期刊（第251卷，2025年，文章号114614）的研究论文，该论文报告了一种新型水凝胶在促进糖尿病伤口愈合中的应用。
主要作者与所属机构 本研究由来自多个机构的团队共同完成。主要作者包括Xie Hailong和Tian Shibo（并列第一作者）、Cui Chao、Sun Chenglu、Hu Yi等。研究团队主要来自四川农业大学的多个学院与重点实验室：兽医学院的国家生猪种业工程技术研究中心（State Key Laboratory of Swine and Poultry Breeding Industry）、动物科技学院的农业农村部畜禽多组学重点实验室（Livestock and Poultry Multi-omics Key Laboratory of Ministry of Agriculture and Rural Affairs）。此外，团队成员还包括来自美国南佛罗里达大学莫尔萨尼医学院（University of South Florida, Morsani College of Medicine）以及中国扬州大学（Yangzhou University）联合国际研究实验室的科研人员。通讯作者为Li Mingzhou和Li Haohuan。该研究于2025年3月7日在线发表，并于2025年2月20日收到修订稿，最终于2025年3月4日被接受。
学术背景 本研究属于生物材料与组织工程领域，具体聚焦于用于慢性伤口治疗的智能水凝胶敷料的开发。糖尿病作为一种全球流行性疾病，其最常见的并发症之一——慢性难愈性糖尿病伤口，已成为重大的临床挑战。糖尿病伤口的愈合过程常因高血糖状态导致的氧化应激（Oxidative Stress）加剧和血管再生受损而停滞。这种失调的微环境（Microenvironment）不仅增加了细菌感染的风险，也使感染难以根除，从而陷入炎症期延长、愈合受阻的恶性循环。因此，理想的糖尿病伤口治疗策略需要同时具备抗菌、抗氧化以缓解氧化应激、以及促血管生成以重塑微环境的能力。
传统抗生素治疗存在导致细菌耐药性的风险。水凝胶作为一种多功能药物递送平台，因其良好的生物相容性、能保持伤口湿润并吸收渗出液等特性而备受关注。本研究旨在开发一种能响应糖尿病伤口特异性酸性微环境（由细菌增殖和发酵导致）的智能水凝胶，使其能够在感染部位精准释放治疗药物，从而协同发挥抗菌、抗氧化和促血管生成作用。
本研究的具体目标是：1）制备一种基于糖肽的pH响应性水凝胶（命名为DA/BF@OD-PL水凝胶）；2）全面表征该水凝胶的物理化学性质；3）在体外评估其抗菌、抗氧化和促进血管内皮细胞功能的能力；4）在体内利用金黄色葡萄球菌感染的糖尿病小鼠伤口模型，验证其促进伤口愈合的效果及潜在机制。
详细研究流程 本研究遵循了从材料设计合成、理化表征、体外功能验证到体内疗效评估的完整工作流程，逻辑严密，层层递进。
第一部分：水凝胶的合成与表征 首先，研究团队以分子量为70,000道尔顿的右旋糖酐（Dextran）为原料，通过高碘酸钠（NaIO₄）氧化合成了氧化右旋糖酐（Oxidized Dextran, OD）。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和氢核磁共振谱（1H NMR）证实了OD中醛基的成功引入，并使用羟胺盐酸盐滴定法测得其氧化度约为83.16%。凝胶渗透色谱（GPC）分析显示OD分子量下降，进一步佐证了氧化反应的发生。
随后，将OD溶液与聚赖氨酸（Polylysine, PL）溶液混合。OD链上的醛基与PL链上的氨基通过希夫碱（Schiff Base）反应形成动态共价键，从而交联形成基础的水凝胶网络（OD-PL）。在此基础网络中，进一步负载两种活性成分：多巴胺（Dopamine, DA）和碱性成纤维细胞生长因子（Basic Fibroblast Growth Factor, BF），最终得到DA/BF@OD-PL水凝胶。通过FT-IR和1H NMR再次验证了OD与PL之间希夫碱键的形成。
对最终水凝胶进行了系统表征：扫描电子显微镜（SEM）显示其具有多孔网状结构（孔径5-10 μm），有利于物质交换。流变学测试（频率扫描和应变扫描）表明水凝胶具有良好的机械强度和凝胶稳定性，其储能模量（G’）在测试范围内大于损耗模量（G’’），且负载DA和BF后结构强度增加。该水凝胶还表现出优异的粘附性（可粘附于硅胶、橡胶、玻璃等多种材料及生物组织）和可注射性，能适应不规则形状的伤口。
关键的表征在于其pH响应性。由于希夫碱键在酸性条件下不稳定，研究团队测试了水凝胶在不同pH缓冲液（pH 7.4和pH 5.0）中的药物释放、溶胀和降解行为。结果显示，在模拟感染伤口酸性环境（pH 5.0）下，DA和BF的累积释放率（48小时后分别为71.5%和21.5%）显著高于中性环境（57.9%和10.5%）。同时，水凝胶在酸性条件下的溶胀率和降解率也更高。这证实了该水凝胶能响应伤口微环境的pH变化，实现药物的智能控释。
第二部分：体外抗菌活性评价 研究选取了两种常见伤口感染病原菌：革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和革兰氏阴性菌大肠杆菌（Escherichia coli）作为研究对象。 通过一系列标准方法评估了OD-PL、DA@OD-PL和DA/BF@OD-PL三种水凝胶的抗菌效果：1）菌落形成单位（CFU）计数：观察共培养后细菌在平板上的生长情况；2）光密度值（OD₆₀₀）测定：量化细菌存活率；3）抑菌圈试验：测量水凝胶周围透明抑制区的直径；4）细菌活死染色（SYTO9/PI）：在荧光显微镜下直接观察活菌（绿色）和死菌（红色）的比例。所有水凝胶均显示出对两种细菌的强大杀灭作用，细菌存活率低于25%。其中，DA/BF@OD-PL水凝胶对大肠杆菌的杀灭效果略强于金黄色葡萄球菌。通过扫描电镜观察经水凝胶处理后的细菌形貌，发现细菌细胞壁和细胞膜发生破裂和变形。抗菌作用主要归因于PL，它是一种阳离子抗菌肽，其质子化的氨基可与带负电的细菌细胞膜相互作用，破坏其完整性。由于大肠杆菌外膜含有更多带负电的成分，因此与PL的相互作用可能更强。
第三部分：体外抗氧化评价 为模拟糖尿病伤口的高活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）环境，研究使用了四种常见的ROS：DPPH自由基、超氧阴离子（·O₂⁻）、羟基自由基（·OH）和过氧化氢（H₂O₂）。结果表明，DA/BF@OD-PL水凝胶对这四种ROS的清除能力呈浓度和时间依赖性。在20 mg/mL的浓度下，对四种ROS的清除率分别达到88.9%、63.2%、66.2%和54.7%，其主要抗氧化成分是DA中的儿茶酚结构。
接着，在细胞水平验证抗氧化功能。用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）、小鼠胚胎成纤维细胞（NIH3T3）和小鼠单核巨噬细胞（RAW264.7）作为模型。用脂多糖（LPS）或H₂O₂刺激细胞以模拟高ROS环境。通过DCFH-DA荧光探针染色和共聚焦显微镜观察，发现与模型组相比，DA/BF@OD-PL水凝胶处理组细胞内的ROS荧光强度显著降低。通过Calcein-AM/PI活死细胞染色和CCK-8细胞活力检测，证实高ROS环境会降低细胞活力，而DA/BF@OD-PL水凝胶能有效清除ROS，保护细胞，维持较高的细胞存活率。其中，DA/BF@OD-PL组细胞存活率高于DA@OD-PL组，提示BF可能对细胞增殖有额外促进作用。
第四部分：体外促血管生成评价 聚焦于血管生成的关键细胞——HUVECs。通过细胞划痕实验（Scratch Assay）和Transwell实验分别评估水凝胶对细胞横向和纵向迁移的促进作用。在高ROS（H₂O₂）干扰下，模型组和OD-PL水凝胶组细胞迁移受阻，而DA/BF@OD-PL水凝胶能显著加速划痕闭合，并促进更多细胞穿过Transwell小室膜。DA/BF@OD-PL组的促迁移效果明显优于DA@OD-PL组，这突出了BF的作用。
为阐明促血管生成的分子机制，研究检测了血管内皮细胞标志物CD31和关键促血管生成因子血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）的表达。免疫荧光染色显示，高ROS环境抑制了CD31和VEGF的表达。DA@OD-PL水凝胶通过抗氧化部分恢复了其表达，而DA/BF@OD-PL水凝胶处理组的CD31和VEGF荧光强度最高。这证实BF能上调CD31和VEGF的表达，从而促进血管内皮细胞的增殖、迁移和管状结构形成。
第五部分：体内伤口愈合实验 研究建立了更接近临床情况的动物模型：首先通过高脂饮食联合链脲佐菌素（STZ）注射诱导C57BL/6小鼠产生糖尿病；然后在背部制造全层皮肤缺损伤口，并接种金黄色葡萄球菌以模拟细菌感染。 将感染后的糖尿病小鼠随机分为四组：对照组（无处理）、OD-PL水凝胶组、DA@OD-PL水凝胶组、DA/BF@OD-PL水凝胶组。在伤后第1、4、8、12天观察并记录伤口愈合情况。结果显示，DA/BF@OD-PL水凝胶组的伤口愈合速度最快，在第12天时伤口完全愈合，而其他各组仍有不同程度的结痂。统计分析显示，该组完全愈合所需平均时间（12.75天）显著短于其他组。
在第12天取伤口组织进行组织学分析：苏木精-伊红（H&E）染色显示，DA/BF@OD-PL组伤口再上皮化完全，表皮层完整，而对照组未见再上皮化。马松三色（Masson‘s Trichrome）染色显示，DA/BF@OD-PL组伤口区域有大量蓝色的胶原纤维沉积，结构致密，而对照组胶原表达极少。这表明该水凝胶能促进伤口再上皮化和胶原重建。
进一步的分子机制探究通过免疫荧光染色进行：1）ROS水平：DHE染色显示，DA@OD-PL和DA/BF@OD-PL组伤口组织中的ROS荧光强度显著低于对照组和OD-PL组，证实其体内抗氧化能力。2）炎症调节：检测促炎因子TNF-α和抗炎因子IL-10。DA/BF@OD-PL组TNF-α表达最低，IL-10表达最高，表明炎症反应减轻。3）巨噬细胞表型极化：检测M1型标志物CD86和M2型标志物CD206。DA/BF@OD-PL组CD86表达低而CD206表达高，表明该水凝胶能促进巨噬细胞从促炎的M1型向抗炎、促修复的M2型极化，这与其清除ROS的能力相关。4）血管生成：CD31和VEGF的免疫染色显示，仅在DA/BF@OD-PL组伤口组织中观察到CD31和VEGF的强阳性表达，证实其强大的体内促血管生成作用。
主要结果与逻辑关系 上述各流程的结果环环相扣，构成了完整的证据链。理化表征证实了水凝胶的成功构建及其关键的pH响应释药特性，这为后续在酸性感染微环境中发挥功能奠定了基础。体外抗菌结果明确了PL成分的有效性及其可能的作用机制。体外抗氧化结果证明了DA清除多种ROS和保护细胞的能力。体外促血管生成结果不仅验证了BF对细胞迁移和关键因子表达的促进作用，还通过对比实验（DA@OD-PL vs DA/BF@OD-PL）清晰地区分了DA（主要贡献抗氧化）和BF（主要贡献促血管生成）的不同功能。最终的体内实验是所有这些功能的集成验证，它直观地展示了DA/BF@OD-PL水凝胶在复杂生理环境下加速伤口愈合的卓越效果，并通过组织学和分子检测，将愈合效果的改善与ROS清除、炎症缓解、巨噬细胞极化及血管生成增加这些具体机制明确关联起来，使结论具有很强的说服力。
结论与研究价值 本研究成功开发并验证了一种新型的、基于糖肽的pH响应性多功能水凝胶（DA/BF@OD-PL）。该水凝胶能智能响应糖尿病感染伤口的酸性微环境，可控释放抗菌肽（PL）、抗氧化剂（DA）和生长因子（BF），通过协同抗菌、缓解氧化应激、调节免疫炎症（促使M1向M2巨噬细胞极化）以及促进血管生成的多重机制，有效加速了糖尿病感染伤口的愈合过程。
其科学价值在于：1）提供了一种“抗菌-抗氧化-促血管生成”三位一体的协同治疗新策略；2）巧妙地利用希夫碱键的pH敏感性，实现了药物在特定病理微环境下的智能响应释放，提升了治疗的靶向性和效率；3）为设计用于复杂慢性伤口治疗的多功能生物材料提供了新的思路和实验依据。
其应用价值显著：该水凝胶具备良好的可注射性、粘附性和生物相容性，易于临床使用并贴合伤口。作为一种非抗生素依赖的抗菌方案，有助于减少抗生素滥用和细菌耐药性问题。因此，该水凝胶是一种极具临床应用前景的糖尿病伤口敷料候选材料。
研究亮点 1. 多功能集成与智能响应：将抗菌、抗氧化、促血管生成三种功能集成于单一水凝胶中，并通过pH响应性实现药物的按需释放，设计精巧。 2. 机制阐述深入全面：研究不仅停留在表观愈合效果的观察，还从细胞和分子水平深入揭示了水凝胶通过清除ROS、调节巨噬细胞极化、上调CD31/VEGF表达等多条通路发挥作用的详细机制，形成了完整的逻辑闭环。 3. 模型贴近临床实际：采用的STZ诱导的糖尿病小鼠叠加金黄色葡萄球菌感染的伤口模型，较好地模拟了临床糖尿病足溃疡的复杂病理状态，使得研究成果的转化参考价值更高。 4. 对比实验设计清晰：通过设置OD-PL、DA@OD-PL、DA/BF@OD-PL等对照组，清晰地剖析了各个功能组分（PL、DA、BF）在整体疗效中的具体贡献，增强了论证的严谨性。 5. 材料性能优越：所制备的水凝胶除了治疗功能外，还兼具良好的机械性能、粘附性和可注射性等作为伤口敷料所需的实用物理特性。
其他有价值内容 研究团队在论文中详细描述了所有实验材料、试剂配方和具体操作步骤（如OD的合成与氧化度计算、水凝胶的制备流程、各种检测的具体条件参数等），具有很高的可重复性。此外，文中还提到了该研究得到了中国国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个国家级和省级项目的支持，体现了该研究方向的重要性。