该文档属于类型a，是一篇关于多功能活性水凝胶用于协同治疗感染性糖尿病伤口的原创研究论文。以下是详细的学术报告：

作者及机构

本研究由Yanchi Liu（第一作者，昆明理工大学生命科学与技术学院/云南省生物资源保护与利用重点实验室）、Mingrui Yang（共同第一作者）、Yuqiu Li（共同第一作者）等合作完成，通讯作者为Yuan Liu、Qiling Zhang和Chengxiao Wang（均来自昆明理工大学）。论文发表于期刊Materials Today Bio，2025年4月22日在线发表，卷号32，文章编号101787。

学术背景

研究领域：本研究属于生物医学工程与材料科学的交叉领域，聚焦于糖尿病伤口愈合的临床难题。
研究动机：糖尿病伤口因高血糖导致的代谢紊乱、缺血缺氧和慢性炎症难以愈合，25%的患者可能发展为糖尿病足溃疡甚至截肢。传统敷料无法动态适应伤口微环境，且抗生素滥用加剧耐药性问题。
科学问题：如何通过多机制协同（抗菌、抗氧化、免疫调节、屏障修复）实现感染性糖尿病伤口的高效治疗？
研究目标：开发一种基于“以菌治菌”（fighting bacteria with bacteria）策略的活性水凝胶系统，整合功能化益生菌（乳酸菌）与动态水凝胶网络，实现伤口微环境的系统性调控。

研究流程与方法

1. 功能化益生菌（f-LRh）的制备

• 对象：益生菌*Lactobacillus rhamnosus CLK 101*（LRh），通过生物合成法在其胞内生成纳米硒（nano-Se, NanoSe），并表面包覆神经酰胺（ceramide, Cad）。
  
• 方法：
  
  • NanoSe合成：LRh与硒酸钠（Na₂SeO₃）共培养24小时，透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）证实纳米硒在胞内/外形成（图1b-e），X射线光电子能谱（XPS）确认其为零价硒（图S3）。
    
  • Cad包覆：通过磷脂-神经酰胺混合物（Lip-Cad）自组装在LRh表面形成保护层，荧光标记和流式细胞术验证包覆效果（图1h-i）。
    
• 创新点：首次将LRh作为纳米硒生物合成模板，并通过仿生膜技术增强其稳定性和屏障修复功能。
  

2. 活性水凝胶（Gel@f-LRh）的构建

• 材料：两性离子聚合物PMBV（含MPC、BMA、VPBA单体）与聚乙烯醇（PVA）通过动态硼酸酯键交联。
  
• 方法：
  
  • 水凝胶合成：PMBV与PVA混合形成动态网络，负载f-LRh（图2a）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实硼酸酯键形成（图2b）。
    
  • 流变学测试：储能模量（G′）显著提升，证明f-LRh增强水凝胶弹性（图2c）。
    
  • 生物相容性：透析实验显示NanoSe缓释特性（图2f），7天后益生菌存活率70%（图2g）。
    

3. 多组学分析与功能验证

• 代谢组学/蛋白质组学：
  
  • 结果：f-LRh中次级代谢产物和TCA循环相关蛋白上调，而花生四烯酸代谢下调（图3a-e），提示其增强抗氧化和合成能力。
    
• 体外实验：
  
  • 抗菌：Gel@f-LRh对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抑菌圈达2.1 cm（图S20），且可持续抑制生物膜形成（图4g-h）。
    
  • 抗氧化：显著降低巨噬细胞中活性氧（ROS）和过氧化氢（H₂O₂）水平（图4a-b）。
    
  • 免疫调节：促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化（图4c），抑制NF-κB通路（图4d）。
    
  • 屏障修复：Ceramide涂层降低小鼠表皮水分流失（TEWL），恢复角质层脂质结构（图4i-j）。
    

4. 体内疗效评估

• 动物模型：MRSA感染的糖尿病小鼠伤口模型（样本量n=3/组）。
  
• 结果：
  
  • 伤口愈合：Gel@f-LRh组第13天伤口面积仅为对照组的7.44%（图5a-b）。
    
  • 组织学分析：H&E染色显示炎症细胞减少，新生血管和胶原沉积增加（图5c-d）；免疫荧光证实CD31（血管标记）和α-SMA（肌成纤维细胞标记）表达上调（图5e）。
    
  • 机制：通过PI3K/AKT/mTOR通路促进血管生成，同时下调促炎因子（TNF-α、IL-6），上调修复因子（VEGF、TGF-β1）（图6c-f）。
    

主要结果与逻辑关联

1. 功能化益生菌：NanoSe提供抗氧化能力，Cad增强屏障修复，二者协同LRh的固有抗菌性（图4e-f）。
   
2. 动态水凝胶：PMBV-PVA网络实现益生菌长效递送，硼酸酯键赋予自愈合和可注射性（图2c）。
   
3. 多机制协同：抗菌（LRh）、抗氧化（NanoSe）、免疫调节（M2极化）、屏障修复（Cad）四重作用通过NF-κB和PI3K/AKT/mTOR通路加速愈合（图6e）。
   

结论与价值

科学价值：
- 首创“益生菌-纳米材料-水凝胶”三元协同治疗策略，为工程化活性材料（Engineered Living Materials, ELM）在慢性伤口中的应用提供范式。
- 通过多组学揭示了f-LRh的代谢重编程机制，为益生菌功能强化提供新思路。

应用价值：
- Gel@f-LRh兼具抗菌、抗炎、促再生功能，可替代传统抗生素疗法，降低耐药性风险。
- 动态水凝胶设计适合不规则伤口填充，具有临床转化潜力。

研究亮点

1. 创新性方法：
   
   • 首次将LRh用于NanoSe生物合成，并整合Ceramide涂层。
     
   • 自研PMBV-PVA动态水凝胶，实现益生菌的高效封装与可控释放。
     
2. 多机制协同：突破单一疗法局限，系统性调控伤口微环境。
   
3. 跨学科融合：结合微生物学、纳米技术和材料科学，推动糖尿病伤口治疗的范式革新。
   

其他有价值内容

• 数据可用性：研究数据可通过请求获取，补充材料包含详细的表征方法和组学分析（图S1-S28）。
  
• 伦理与安全性：实验证实Gel@f-LRh无逃逸风险，生物相容性良好（图S12）。
  

（全文约2000字）