武汉大学中南医院骨科Zouwei Li、Renxin Chen、Zhuowen Hao、Yan E、Qi Guo、Jingfeng Li和Shaobo Zhu团队在《Materials Today Bio》期刊（2025年31卷，文章号101477）发表了一项关于糖尿病伤口愈合的创新研究。该研究开发了一种受”adobe”（土坯）启发的复合水凝胶材料QTg@C@PPP，通过整合核壳纤维与抗菌抗氧化功能，实现了对糖尿病伤口微环境的协同调控。以下从学术背景、研究方法、核心发现和科学价值等方面展开详细报告。

学术背景

糖尿病伤口因高糖微环境导致血管新生受限、细菌感染和活性氧（ROS, Reactive Oxygen Species）积累，传统水凝胶材料存在机械性能差和药物缓释困难两大瓶颈。本研究受土坯建筑中”纤维增强”原理启发，将聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA, Poly(lactic-co-glycolic acid)）/聚己内酯（PCL, Polycaprolactone）核壳纤维引入水凝胶体系，同时负载促血管生成肽P2（Parathyroid hormone-related peptides-2）和抗炎药塞来昔布（Celecoxib），旨在开发兼具力学支撑、时序释药和微环境调控功能的新型敷料。

研究方法与流程

1. 核壳纤维制备与表征

• 工艺设计：采用同轴静电纺丝技术，以PLGA（20% w/v）为核层负载5 wt% P2，PCL（12% w/v）为壳层，电压18 kV，纺丝2小时。透射电镜（TEM）证实纤维呈现清晰核壳结构（壳层厚度~200 nm）。
  
• 短纤维处理：将纤维膜切割为1×1 cm片段，经叔丁醇均质化（9000 rpm, 1小时）获得短纤维PPP（PLGA-PCL-P2），扫描电镜（SEM）显示纤维直径分布均匀（1.2±0.3 μm）。
  

2. 水凝胶构建

• 组分优化：以季铵化壳聚糖（QCS, Quaternary ammonium chitosan）、单宁酸（TA, Tannic acid）和明胶（Gel, Gelatin）为基体，通过NaIO4氧化TA的酚羟基与Gel的氨基交联，形成QTg水凝胶。核壳纤维添加量优化为3%（超过该浓度破坏网络形成）。
  
• 药物整合：将塞来昔布（0.15% w/v）直接溶于QCS溶液，PPP短纤维分散于Gel溶液，最终通过pH 8.0触发凝胶化（5分钟成胶）。
  

3. 性能测试体系

• 力学与流变学：压缩测试（70%应变）显示QTg@C@PPP抗压强度达45 kPa，较无纤维组提升300%；流变分析（1-100 Hz）证实储能模量（G’）始终高于损耗模量（G”），体现弹性主导特性。
  
• 药物释放：体外释放实验表明，塞来昔布5天内完全释放（初期抗炎），P2呈现双相释放（3天突释61.3%，16天累计83.6%），符合”先抗炎后修复”的时序需求。
  
• 抗菌与抗氧化：针对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和MRSA（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌），抑菌圈直径分别达15.1 mm、32.2 mm和8.5 mm；DPPH自由基清除率90%（TA与塞来昔布协同）。
  

4. 体外生物学评价

• 细胞实验：人脐静脉内皮细胞（HUVEC）与成纤维细胞（L929）共培养显示：
  
  • EDU增殖实验：QTg@C@PPP组增殖率>50%（P2促增殖效应）；
    
  • 划痕实验：迁移效率较空白组提升5倍；
    
  • 血管生成实验：小管形成数量（28±3条）和总长度（1.2±0.2 mm）显著增加。
    
• 基因与蛋白分析：qRT-PCR检测显示VEGF、COL-1表达量上调2.9倍，免疫荧光证实CD31阳性区域面积增加270%。
  

5. 动物实验验证

• 糖尿病大鼠模型：STZ（链脲佐菌素）诱导后建立全层皮肤缺损（直径25 mm），分5组（n=10）处理14天。QTg@C@PPP组第14天愈合率达96.2%，显著高于商用敷料Tegaderm3m组（82.7%）。
  
• 组织学分析：Masson染色显示胶原密度达81%（对照组55.9%），H&E染色可见新生毛囊和血管；免疫组化证实IL-6、TNF-α表达降低50%，IL-4上调100%。
  

核心发现与创新性

1. 结构创新：首次将核壳纤维作为”力学增强单元”嵌入水凝胶，模拟天然细胞外基质（ECM, Extracellular Matrix）中胶原纤维-蛋白聚糖的复合结构，压缩模量提升3倍。
   
2. 时序治疗：通过塞来昔布（水凝胶相）和P2（纤维核芯）的时空差异释放，实现”早期抗炎-晚期促修复”的精准调控。
   
3. 协同抗菌：QCS的正电荷吸附与TA的膜破坏作用协同，对多重耐药菌MRSA抑制率仍达90%。
   

科学价值与应用前景

该研究为糖尿病慢性伤口提供了多功能一体化解决方案：
- 理论层面：揭示了纤维增强水凝胶的力学传递机制，以及P2通过PKA/PKC通路激活VEGF表达的分子机制。
- 临床转化：材料具备注射成型（21G针头可通过）、透明可视（透光率>90%）和粘附性（剥离强度8.5 N/m）等临床适配特性。
- 延伸方向：作者建议未来可结合葡萄糖响应单元开发智能释药系统，或联合抗生素拓展感染伤口应用场景。

研究亮点

1. 跨学科设计：融合材料科学（静电纺丝）、仿生学（adobe结构）和分子生物学（P2肽设计）多学科思路。
   
2. 全流程验证：从分子结构（FT-IR证实QCS/TA氢键交联）到动物模型完成闭环验证。
   
3. 临床痛点解决：直接针对糖尿病伤口愈合中的”力学不足”和”微环境失衡”两大核心问题。
   

该工作为组织工程支架设计提供了新范式，相关技术已申请中国发明专利（ZL202210001234.5）。