由四川大学华西医院骨科、骨科研究所的郭川、吴烨（并列第一作者）、李伟龙、王宇*、孔清泉*研究团队所完成的研究成果，以论文《development of a microenvironment-responsive hydrogel promoting chronically infected diabetic wound healing through sequential hemostatic, antibacterial, and angiogenic activities》的形式，发表在2022年4月25日的学术期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上（第14卷，30480-30492页）。
该研究的主要学术背景围绕糖尿病慢性感染伤口（如糖尿病足溃疡，DFU）这一重大临床挑战展开。糖尿病慢性伤口由于高血糖、易感染、炎症微环境持续存在（表现为pH值降低和活性氧ROS水平升高）、血管生成受损以及愈合过程失调（凝血、抗菌、促血管生成环节不能有序衔接）等原因，成为典型的“难愈性伤口”，给患者和社会带来巨大负担。在众多促进伤口愈合的生物材料中，水凝胶因其良好的生物相容性、保湿性、可贴合不规则伤口等优点备受关注。然而，传统水凝胶多为单一刺激响应或缺乏有序的药物释放能力，难以动态匹配伤口愈合不同阶段的需求。因此，本研究旨在开发一种能够智能响应伤口微环境变化（低pH和高ROS）、并按序发挥止血、抗菌和促血管生成活性的“智能”水凝胶，以实现对糖尿病慢性感染伤口的精准、高效治疗。
研究工作的详细流程分为多个相互衔接的部分。首先，是水凝胶基质的构建与功能化。研究团队选择明胶（Gelatin, Gel）和葡聚糖（Dextran, Dex）作为基础材料。为提高明胶的氨基密度，通过EDC/NHS偶联反应将乙二胺接枝到明胶上，合成了胺化明胶（n-Gel）。同时，用高碘酸钠氧化葡聚糖，得到富含醛基的氧化葡聚糖（oDex）。将n-Gel溶液与oDex溶液简单混合，两者之间通过动态的希夫碱（Schiff base）反应迅速交联形成水凝胶（n-Gel/oDex hydrogel）。这种希夫碱键对pH敏感，为水凝胶赋予了核心的pH响应性。
其次，是功能性载体的制备与负载。为了实现按序释放，研究选择了两种功能成分。一是抗菌成分：直接选用商业化的氧化锌纳米颗粒（nZnO），其尺寸小于30纳米，具有已知的良好抗菌性能。二是促血管生成成分：选择了疏水性药物芍药苷（Paeoniflorin, PF）。为了赋予其ROS响应性，研究者设计并合成了两亲性嵌段共聚物DSPE-TK-PEG2k-NH2，利用其自组装形成胶束（micelle, Mic），并将PF封装其中，得到Mic@PF。该共聚物中的硫缩酮（TK）链段可被高水平的ROS（如H2O2）裂解，从而实现ROS触发的药物释放。最终，将nZnO和Mic@PF物理混合并整合到n-Gel/oDex水凝胶的前体溶液中，固化后即得到最终的多功能水凝胶（hydrogel@nZnO&Mic）。
第三，是水凝胶的理化性质与药物释放表征。这一系列体外实验旨在验证水凝胶的设计是否达到预期。研究通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）确认了化学结构，通过扫描电子显微镜（SEM）观察了其多孔微观结构，并通过能量色散X射线光谱（EDS）映射证实了nZnO和Mic在水凝胶中的均匀分布。流变学测试表明，该水凝胶具有可注射性、自愈合性和重塑能力，其储能模量（G‘）大于损耗模量（G”），符合凝胶特性，且在施加高应变破坏后能迅速恢复。溶胀实验显示其吸水率约500%。降解实验则关键地证明了其双重响应性：在模拟正常生理环境（pH 7.4）中降解缓慢，而在模拟感染伤口微环境（pH 5.0 且含有1 mM H2O2）中则快速降解。药物释放研究是核心验证环节：结果显示，在低pH（5.0）环境下，nZnO能快速释放（54小时内释放约50%），这对应于伤口早期感染控制的需求；而在同时存在低pH和高ROS的“炎症环境”下，PF的释放显著加速（12小时内释放超过50%），这对应于后续促血管生成阶段的需求。这完美实现了“先抗菌、后促血管”的按序释放设计。
第四，是体外功能与生物相容性评估。这一部分检验了水凝胶各组分的预定功能。止血性能通过体外凝血指数（BCI）测定和扫描电镜观察血细胞粘附来评估，并用大鼠肝脏出血模型进行体内验证。结果表明，基于明胶的水凝胶（无论是否负载药物）均表现出优异的止血能力，能快速吸收血液、促进血细胞粘附和血小板聚集，其效果优于商用对照敷料（Hydrosorb gel）。抗菌性能针对两种常见伤口感染菌——金黄色葡萄球菌（S. aureus）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）进行测试。菌落计数、活/死染色和OD600测定均一致表明，负载了nZnO的水凝胶组（hydrogel@nZnO和hydrogel@nZnO&Mic）具有极强的杀菌能力（杀菌效率>90%），而对照组或不含nZnO的水凝胶则几乎无抗菌作用。生物相容性与促愈合能力通过溶血实验、细胞毒性实验（CCK-8法检测L929成纤维细胞和HUVEC人脐静脉内皮细胞活力）、细胞划痕实验和体外血管生成实验（HUVEC管状结构形成实验）进行评估。结果表明，水凝胶提取物无显著溶血性，细胞毒性低，并能有效促进感染状态下的成纤维细胞迁移。特别是，含有PF的水凝胶提取物能显著促进HUVEC形成更复杂、更密集的管状网络结构，并上调血管内皮生长因子（VEGF）和缺氧诱导因子-α（HIF-α）的表达，证实了其促血管生成活性。
第五，是体内伤口愈合效果评价。这是验证水凝胶最终疗效的关键步骤。研究建立了糖尿病大鼠模型，并在其背部制造全层皮肤缺损伤口，随后用金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌混合感染，以模拟临床上最难处理的慢性感染糖尿病伤口。将大鼠随机分为不同处理组：PBS对照组、单纯水凝胶组、负载nZnO的水凝胶组、负载nZnO和PF胶束的水凝胶组。定期观察并记录伤口闭合率、测量伤口面积。结果显示，hydrogel@nZnO&Mic治疗组的伤口愈合速度最快，在第7天愈合率即达到约70%，第14天接近完全愈合，显著优于其他各组。在第7天取伤口组织进行菌落计数，证实了负载nZnO的水凝胶在体内同样具有强大的抗菌效果。在第14天处死动物，取愈合组织进行组织学分析：H&E染色显示，hydrogel@nZnO&Mic组新生表皮最厚，组织结构最完整，可见新生毛囊和血管；Masson三色染色显示该组胶原沉积最丰富（约60%），排列更有序；免疫荧光染色分析炎症和血管生成标志物显示，该组促炎因子TNF-α表达最低，抗炎因子IL-10表达较高，表明其有效控制了炎症；同时，内皮细胞标志物CD31的表达最强，表明新生血管密度最高。这些体内实验结果全面且一致地证明了该多功能水凝胶能通过协同作用，显著促进慢性感染糖尿病伤口的愈合。
基于以上所有结果，研究得出的核心结论是：研究团队成功构建了一种可注射、自愈合、具有炎症微环境双重响应（pH/ROS）特性的智能水凝胶。该水凝胶能够根据伤口愈合的自然进程，按序释放抗菌的nZnO和促血管生成的PF，从而分阶段、智能化地执行止血、抗菌和促血管生成三大关键功能。这种“按需”释放的策略，使其能够精准干预难愈性伤口的恶性微环境，在动物模型中展现出卓越的促进全层感染伤口愈合的能力。
该研究的科学价值与应用价值显著。在科学上，它提出了一个创新的“时序响应”药物递送系统设计范式，将伤口微环境的动态变化（pH下降先于ROS持续升高）作为触发不同药物释放的“开关”，使材料具备了类生命的阶段适应能力。这为设计下一代智能创伤敷料提供了重要思路。在应用上，该水凝胶合成方法相对简单、原料生物相容性好、成本可控，具有转化为临床产品的潜力，有望为解决糖尿病足溃疡等顽固性伤口这一重大临床难题提供新的有效工具。
本研究的亮点突出体现在以下几个方面：1. 创新性的“时序响应”与“按序释放”机制：巧妙利用感染伤口微环境中先出现低pH、后伴随高ROS的生理病理特点，通过希夫碱键（pH响应）和硫缩酮键（ROS响应）的级联响应，实现了抗菌药物先快速释放、促血管药物后持续释放的智能化过程，完美匹配了愈合阶段的需求。2. 功能的集成与协同：单一材料平台同时整合了快速止血、强效抗菌和高效促血管生成三大功能，且各功能之间通过智能释放形成有序协同，而非简单叠加。3. 坚实的多层次验证：研究从分子结构、材料理化性质、体外功能、细胞层面到完整的动物疾病模型，进行了系统、深入、定量的验证，数据链条完整，说服力强。4. 解决问题的临床针对性：研究直接瞄准了糖尿病慢性感染伤口这一临床治疗难点，所有设计都针对其病理特征（高糖、感染、炎症、缺血），具有明确的转化医学导向。