学术报告

一、主要作者及研究机构

这项研究的主要作者包括 Zhuangzhuang Chu、Xingdan Liu、Tong Zhao、Dongya Jiang、Jing Zhao、Xiaohua Dong、Kelvin W.K. Yeung、Xuanyong Liu 和 Yun Liao 等，主要隶属于以下机构：
- 中国上海交通大学医学院附属同仁医院药学部（Department of Pharmacy, Tongren Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, China）； - 上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室（State Key Laboratory of High-Performance Ceramics and Superfine Microstructures, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China）； - 香港大学深圳医院骨科与创伤学系（Department of Orthopaedics and Traumatology, the University of Hong Kong Shenzhen Hospital, Shenzhen, China）。

该研究发表于知名期刊《Biomaterials》，文章编号为“315 (2025) 122964”，于2024年11月正式接受并于2024年11月12日在线发布。

二、研究的学术背景

该研究聚焦于皮肤损伤修复领域，特别是对糖尿病足溃疡（diabetic foot ulcers, DFUs）这一慢性难愈合伤口进行治疗的研究创新。糖尿病足溃疡由于细菌感染难以控制、长期炎症持续以及血管重建不良，已成为一种全球性的公共健康难题。现有方法无法有效解决感染问题并实现高效的伤口修复。

在本研究中，研究人员通过开发一种含有聚吡咯（polypyrrole, PPy）的复合水凝胶，探索其协助伤口修复的新型机制。聚吡咯作为一种光热反应材料，可以通过近红外线（near infrared light, NIR）的照射产生局部热效应，不仅具有杀菌功能，还能诱导免疫调控。结合常见的生物材料聚乙烯醇（polyvinyl alcohol, PVA）、聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）和透明质酸（hyaluronan, HA）的生物相容性和营养修复功能，该研究团队旨在开发一种能够有效抗菌并促进糖尿病足溃疡修复的理想功能性敷料。

三、研究流程及方法

研究流程共分为四个主要步骤，具体如下：

1. 材料制备
研究首先制备了含PPy的复合水凝胶，并依据PPy含量的不同分为DPHW、TPHG 和 TPHB三种类型： - DPHW为两组分水凝胶（PVA+PEG+HA，无PPy），呈白色； - TPHG为三组分水凝胶（含少量PPy, 25 mg/ml），呈灰色； - TPHB为三组分水凝胶（含较高浓度PPy, 50 mg/ml），呈黑色。

通过溶液混合、冷冻/融化循环以及扫描电镜分析，作者确保了PPy颗粒均匀分布于水凝胶中并研究了凝胶的温度响应特性。PPy的光热性能通过808nm激光照射和红外热成像系统评估，分别在空气和水环境中测量。

2. 凝胶特性的体外测试
对凝胶的流变学性质（例如储能模量和损耗模量）、自愈合能力进行了测试。在抗菌实验中，研究使用金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）进行体外试验，通过NIR光照射验证凝胶的光热杀菌性能。此外，还使用酶联免疫吸附实验（ELISA）分析了凝胶对细胞炎症因子TNF-α和TGF-β的表达调控能力，从而揭示PPy复合凝胶的免疫调控作用。

3. 糖尿病模型的建立与动物实验
作者选择SD大鼠，通过链脲佐菌素（streptozotocin, STZ）实现糖尿病建模，并制造感染伤口模型。在表皮覆盖片中加入含金黄色葡萄球菌的胶体，四组分组为“对照组、DPHW组、TPHG组和TPHB组”，分别在有无NIR照射下对伤口愈合进行监测（0.5 W/cm² NIR，每天10分钟）。然后通过病理学、免疫荧光和RNA测序（RNA-seq）检测各组皮肤周围组织的免疫和修复反应。

4. 数据分析工具与统计学方法
采用图像分析软件和GraphPad Prism进行数据可视化和统计分析。RNA-seq实验采用Illumina NovaSeq 6000平台，使用差异基因表达分析方法（如DESeq2）分析基因表达模式，并进行KEGG通路富集分析。

四、实验结果

1. 材料特性与光热效应
复合水凝胶在凝胶网络稳定性、自愈合能力以及光热性能方面表现出优异特性。在NIR照射下： - TPHB 水凝胶的温升最高，在空气与水中分别达到67°C和58.6°C；
- TPHB水凝胶的热平台特性表明其能够持续产生热量，用于有效的细菌灭杀和免疫调控。

2. 体外抗菌性能与免疫调控
抗菌实验表明：在NIR照射下，TPHB组能够完全杀灭金黄色葡萄球菌，其光热杀菌效果显著。ELISA实验揭示，TPHB在NIR照射下能够显著调控TNF-α和TGF-β的表达，提高抗炎和组织修复的潜力。

3. 动物实验伤口愈合效果
NIR治疗下，TPHB组在3天、7天和14天的伤口愈合率分别显著高于其他组别，且组织中的炎症标志物 (CCR7) 显著减少，而修复标志物 (CD206) 显著增加，表明TPHB在后期促进伤口抗炎及M2型巨噬细胞极化。

• 通过RNA-seq分析发现，TPHB在NIR刺激下能够显著促进涉及角质化（keratinization）、角质细胞分化（keratinocyte differentiation）和皮肤屏障建立（establishment of the skin barrier）的基因表达。伤口周围组织中血管新生因子VEGF的表达以及胶原蛋白的合成显著上升，进一步证实TPHB对组织修复的促进作用。

五、研究的结论及意义

这项研究成功研发了一款含有PPy的复合水凝胶，其同时具备高效的光热杀菌能力和调节免疫微环境的功能。在NIR照射帮助下，该水凝胶不仅可以有效消除感染，还能通过促进M2型巨噬细胞的极化，加速组织修复，从而为糖尿病足溃疡治疗提供了一种新型材料解决方案。

科学价值方面，该研究揭示了光热治疗与免疫调控的协同作用机制，对未来生物功能材料的开发具有参考价值。应用价值方面，该水凝胶作为一种功能性敷料，在慢性伤口（如糖尿病足溃疡）修复领域具有显著潜力，将来有望进一步推动临床应用。

六、研究亮点

1. 创新材料开发：PPy基复合水凝胶结合NIR光热治疗，提出多功能材料解决创伤感染和修复难题的新路径。

2. 新颖实验设计：结合体外光热效应评价与体内RNA-seq机制探究，全面揭示材料的抗菌与免疫调控功能。

3. 科学与临床潜力：研究成果为慢性伤口治疗提供了重要基础，为材料开发与临床应用的桥接提供了范例。