2025年2月國(guó)科溫州研究院陳世萱團(tuán)隊(duì)在期刊【Advanced Science】上發(fā)表題為“Thermosensitive Hydrogel Integrated with Bimetallic Nano-Enzymes for Modulating the Microenvironment in Diabetic Wound Beds”的研究論文。

【Research objective】：本文提出了一種結(jié)合雙金屬納米酶（Cu/Mg-MOF）和熱敏水凝膠（CS/PL）的新策略，用于調(diào)節(jié)糖尿病傷口床的微環(huán)境。通過(guò)溶劑熱法合成Cu/Mg-MOF納米酶，該納米酶具有優(yōu)異的ROS清除能力，能夠通過(guò)電子轉(zhuǎn)移減輕ROS并恢復(fù)氧化還原平衡。

【Background】：糖尿病傷口由于高血糖、過(guò)量滲出液、活性氧（ROS）增加、愈合過(guò)程功能障礙、反復(fù)感染、微循環(huán)障礙等問(wèn)題，愈合過(guò)程嚴(yán)重受限，導(dǎo)致嚴(yán)重殘疾和死亡率增加。特別是，糖尿病傷口部位抗氧化酶合成減少，加劇了這種并發(fā)癥。雖然天然抗氧化酶對(duì)糖尿病傷口愈合有顯著療效，但其生物利用度有限、潛在的抗原性和低病理環(huán)境穩(wěn)定性限制了其廣泛應(yīng)用。

【Result】

Figure1:Cu/Mg雙金屬MOF的溫敏性可注射水凝膠制備及其調(diào)節(jié)糖尿病傷口局部血管生成和炎癥微環(huán)境的機(jī)制的示意圖。

Figure 2:乙二醇介質(zhì)中Cu/Mg-MOF雙金屬的合成與表征

本部分通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了雙金屬Cu2?和Mg2?與有機(jī)配體在乙二醇溶液中自組裝形成MOF納米顆粒的過(guò)程。利用乙二醇既作為反應(yīng)溶劑也作為溫和的還原劑，促進(jìn)形成納米級(jí)多孔晶體結(jié)構(gòu)。SEM圖像展示Cu/Mg-MOF的整體形貌：顆粒均勻、表面粗糙，呈規(guī)則塊狀或多面體結(jié)構(gòu)。說(shuō)明材料結(jié)晶度良好、尺寸分布較一致，適合用于水凝膠中負(fù)載。高度分布圖（AFM或3D重建）顯示了MOF顆粒的厚度和分布范圍，結(jié)果表明Cu/Mg-MOF顆粒粒徑較小、分布均一，利于提高表面積與催化活性。TEM展示MOF的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：中空或多孔，進(jìn)一步說(shuō)明其可用作藥物載體或酶模擬材料。元素映射圖確認(rèn)Cu、Mg、C、O等元素均勻分布，證實(shí)合成成功且結(jié)構(gòu)一致性好。XRD圖譜對(duì)比Cu/Mg-MOF與標(biāo)準(zhǔn)MOF材料的衍射峰，發(fā)現(xiàn)其具有清晰銳利的衍射峰，表明結(jié)晶性良好。同時(shí)與純Cu-MOF、Mg-MOF的圖譜對(duì)比，顯示Cu與Mg在材料中共存而非相分離。EDS譜圖進(jìn)一步驗(yàn)證材料中確實(shí)含有Cu、Mg、O等元素。DPPH自由基清除實(shí)驗(yàn)評(píng)估MOF的抗氧化性能：顯示隨著Cu/Mg-MOF濃度從0 → 200 μg/mL，自由基清除率顯著提升。反應(yīng)溶液由紫色變?yōu)闇\黃色，說(shuō)明自由基被清除，視覺呈現(xiàn)直觀。羥基自由基（?OH）清除實(shí)驗(yàn)表明MOF具有良好的?OH清除能力。溶液顏色由深變淺，說(shuō)明Cu/Mg-MOF具有顯著抗氧化功能。

Figure 3：水凝膠的溫度敏感性和可注射性的表征

水凝膠網(wǎng)絡(luò)形成機(jī)制示意圖顯示了殼聚糖（CS）和ε-聚賴氨酸（PL）通過(guò)靜電作用、氫鍵、范德華力等物理交聯(lián)方式，形成三維水凝膠網(wǎng)絡(luò)。粘度變化圖測(cè)量殼聚糖溶液（CS）在加入不同量 PL 后的粘度變化，加入PL后粘度顯著增加，表明水凝膠網(wǎng)絡(luò)形成更致密。頻率掃描圖測(cè)量不同頻率下水凝膠的儲(chǔ)能模量（G′）和損耗模量（G″）：G′ 表示彈性（儲(chǔ)能）性能；G″ 表示粘性（耗能）性能。結(jié)果顯示CS/PL 組 G′明顯高于CS單獨(dú)組，且高于G″，說(shuō)明成膠后主要以彈性為主，表現(xiàn)出良好的固態(tài)特征。應(yīng)變掃描圖表明水凝膠在一定范圍內(nèi)具有良好彈性，超過(guò)極限則會(huì)結(jié)構(gòu)解體。連續(xù)應(yīng)變測(cè)試觀察到每次小應(yīng)變下G′均能恢復(fù)，說(shuō)明水凝膠具有良好的結(jié)構(gòu)恢復(fù)能力，即“剪切稀化 & 恢復(fù)”性能，適合注射應(yīng)用。溫度掃描曲線（25°C、30°C、37°C）表明水凝膠具有溫敏性，在接近體溫時(shí)可迅速成膠。CS/PL水凝膠的注射性與SEM圖像顯示網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，有利于養(yǎng)分交換、藥物釋放和細(xì)胞滲入。在CS/PL水凝膠中摻入Cu/Mg-MOF后結(jié)構(gòu)略有變化：仍保持多孔結(jié)構(gòu)，且MOFs均勻分散，嵌于水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，說(shuō)明MOF不會(huì)破壞水凝膠結(jié)構(gòu)，兼具機(jī)械穩(wěn)定性與功能性。

Figure 4：Cu/Mg-MOF和Cu/Mg-MOF@CS/PL水凝膠的細(xì)胞相容性及免疫調(diào)節(jié)作用

本部分通過(guò)從細(xì)胞相容性和免疫調(diào)節(jié)作用兩個(gè)層面，對(duì)Cu/Mg-MOF 及其負(fù)載于 CS/PL 水凝膠中的體系（Cu/Mg-MOF@CS/PL） 進(jìn)行了體外功能驗(yàn)證，包括抗氧化保護(hù)、抗炎作用和促進(jìn)細(xì)胞遷移，驗(yàn)證了Cu/Mg-MOF及其負(fù)載水凝膠體系的生物安全性及功能特性。材料在體外表現(xiàn)出良好的細(xì)胞相容性，能有效清除H?O?所誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，保護(hù)細(xì)胞活力。同時(shí)，其在巨噬細(xì)胞中可下調(diào)促炎因子并上調(diào)抗炎因子表達(dá)，具有良好的免疫調(diào)節(jié)作用。此外，水凝膠提取液可顯著促進(jìn)成纖維細(xì)胞遷移，提示其有助于傷口再上皮化。

Figure 5：體內(nèi)糖尿病傷口愈合評(píng)價(jià)

本部分系統(tǒng)分析了Cu/Mg-MOF@CS/PL 水凝膠在糖尿病小鼠傷口模型中的體內(nèi)修復(fù)效果，對(duì)比了其與對(duì)照組、臨床用海藻酸鹽敷料及空白水凝膠在傷口愈合過(guò)程中的作用，重點(diǎn)評(píng)估了肉眼愈合速度、組織再生情況和上皮化程度。結(jié)果顯示其在促進(jìn)傷口閉合、組織再生及再上皮化方面均優(yōu)于臨床用敷料與空白水凝膠，表現(xiàn)出良好的體內(nèi)修復(fù)潛力

Figure 6：皮膚缺損中增殖期活性的評(píng)價(jià)

本部分圍繞糖尿病傷口修復(fù)的“增殖期”展開評(píng)估，從膠原沉積、血管生成、角蛋白表達(dá)、細(xì)胞增殖等多個(gè)方面分析復(fù)合水凝膠（Cu/Mg-MOF@CS/PL）對(duì)創(chuàng)面微環(huán)境及組織重建的促進(jìn)作用。其顯著增強(qiáng)了傷口中膠原沉積、血管新生及表皮重建過(guò)程，體現(xiàn)在Masson染色、CD31、K6和Ki67等多項(xiàng)指標(biāo)的明顯上升，表明該水凝膠有助于修復(fù)結(jié)構(gòu)與功能雙重障礙的糖尿病慢性創(chuàng)面。

Figure 7：局部炎癥反應(yīng)的評(píng)估

評(píng)估糖尿病傷口在不同治療條件下的局部炎癥反應(yīng)，重點(diǎn)展示Cu/Mg-MOF@CS/PL水凝膠調(diào)節(jié)炎癥微環(huán)境、促進(jìn)炎癥向修復(fù)過(guò)渡的能力。Cu/Mg-MOF@CS/PL水凝膠對(duì)糖尿病傷口炎癥微環(huán)境的顯著調(diào)控作用。通過(guò)減少Ly6G陽(yáng)性炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、抑制M1型巨噬細(xì)胞（CCR7?）并促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞（CD206?）極化，該水凝膠實(shí)現(xiàn)了局部免疫從促炎向修復(fù)狀態(tài)的成功轉(zhuǎn)化，為后續(xù)組織再生提供了有利條件。

Figure 8：炎癥因子和抗炎因子在早期傷口愈合中的作用

本部分聚焦于糖尿病傷口早期愈合階段炎癥因子與抗炎因子的表達(dá)情況，進(jìn)一步驗(yàn)證Cu/Mg-MOF@CS/PL水凝膠調(diào)節(jié)局部免疫微環(huán)境、促進(jìn)炎癥緩解的分子機(jī)制。Cu/Mg-MOF@CS/PL水凝膠顯著降低了糖尿病傷口局部促炎因子（IL-6和TNF-α）的表達(dá)，同時(shí)上調(diào)抗炎因子（IL-4和IL-10）的表達(dá)。這表明水凝膠可有效緩解過(guò)度炎癥，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型極化，從而創(chuàng)造有利于組織修復(fù)的免疫微環(huán)境。

【Reference】

Zhang C, Zhang X, Li F, et al. Thermosensitive Hydrogel Integrated with Bimetallic Nano-Enzymes for Modulating the Microenvironment in Diabetic Wound Beds. Adv Sci (Weinh). 2025;12(6):e2411575. doi:10.1002/advs.202411575

來(lái)源：BioCNS