糖尿病伤口因其持续恶化的病理微环境,成为亟待解决的临床难题。在伤口局部,氧化应激、晚期糖基化终末产物及其受体的累积,以及慢性炎症共同形成恶性循环,阻碍伤口愈合。现有抗氧化水凝胶因交联速率过快,难以与复杂伤口形态紧密贴合,无法有效递送治疗药物,改善相互关联的病理进程。
2026年3月14日,华南理工大学边黎明、赵鹏超、徐夏忆和斯坦福大学CuiMiao共同通讯在Advanced Materials在线发表题为Tissue-Conforming Organoselenium Hydrogel with Microphase-Controlled Acylhydrazone Crosslinking Kinetics Expedites Diabetic Wound Healing by Inhibiting AGE-RAGE Pathways的研究论文。
该研究合成了一种可发生微相分离的有机硒聚合物,通过该结构延缓酰腙键的交联动力学,制备出能够适配组织形态的有机硒水凝胶,可将有机硒活性位点高效作用于糖尿病伤口病理微环境。
该有机硒水凝胶能够有效恢复氧化还原稳态,促进血管生成,并通过诱导巨噬细胞向M2型极化重塑免疫微环境。转录组分析与蛋白质印迹实验共同证实,该水凝胶可恢复糖脂代谢平衡,抑制晚期糖基化终末产物及其受体信号通路与核因子κB信号通路的激活。
通过多维度重建促愈合微环境,实现了伤口快速闭合、胶原沉积提升与功能性组织再生。该研究将动态材料适配性与多靶点病理调控相结合,为慢性伤口治疗建立了新策略,也为各类与氧化还原及晚期糖基化终末产物相关的慢性疾病提供了具有应用前景的治疗方案。
糖尿病慢性伤口愈合是一项重大且日益严峻的临床负担,其典型特征是伤口无法按正常有序的修复阶段推进。这种愈合障碍主要由持续自我恶化的病理微环境所驱动。该病理过程的核心包含两个相互关联的关键节点:持续性氧化应激与晚期糖基化终末产物(AGEs)的累积。
前者以过量活性氧(ROS)为特征,会直接造成细胞损伤并维持炎症反应;后者通过非酶促糖基化反应生成,不仅会使细胞外基质(ECM)蛋白发生交联而阻碍组织重塑,还会与晚期糖基化终末产物受体(RAGE)结合,进一步触发促炎信号级联反应。
这些因素共同构成了慢性炎症、巨噬细胞极化异常及血管生成障碍的恶性循环,导致仅针对这一复杂网络单一环节的传统治疗方案效果普遍不佳。因此,这一关键技术缺口迫切需要能够动态调控伤口微环境的综合解决方案,以促进糖尿病伤口愈合。
针对这一难题,抗氧化水凝胶已成为缓解氧化应激、调控伤口微环境的极具潜力的策略。这类材料凭借其保水性能与生物相容性,可实现局部清除活性氧的作用。然而,目前临床上多数现有敷料需要频繁更换,给患者依从性与长期护理的连续性带来困难。更根本的局限在于,这类材料难以应对糖尿病伤口复杂的病理特点。
传统抗氧化水凝胶虽能有效清除活性氧,却极少被设计为可同时阻断晚期糖基化终末产物-受体(AGE-RAGE)信号轴,而该信号轴是与氧化应激协同作用、维持慢性炎症、扰乱糖脂代谢并阻碍伤口愈合的另一关键因素。这种无法对多重病理驱动因素进行综合干预的缺陷,限制了其在实际临床场景中的治疗效果。
此外,多数预制水凝胶具有刚性且快速交联的网络结构,本身难以适配糖尿病伤口复杂的表面形貌。这种结构不匹配会导致界面贴合不佳,无法有效发挥治疗活性物质的作用,最终降低其在整个伤口区域的治疗效果。因此,亟需新一代生物材料,既能适配不规则的伤口轮廓,又能实现多靶点微环境重编程,同时清除氧化应激并阻断AGE-RAGE信号轴。
图1用于糖尿病伤口愈合的有机硒水凝胶(TCOH)示意图(摘自Advanced Materials)
自然界通过含硒体系的氧化还原稳态提供了精妙的解决方案,谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等硒蛋白可借助催化性硒醇(-SeH)基团维持机体生理平衡。这类系统通过复杂的两步机制发挥作用:快速中和活性氧,并基于硒元素的氧化还原反应活性,通过可自我再生的巯基—二硫键循环实现功能持续。
硒功能基团除经典的清除活性氧作用外,还可通过分解已形成的晚期糖基化终末产物,成为强效的糖基化抑制剂。这种内在的双重功能,使有机硒化学成为伤口全过程治疗的基础。因此,核心挑战已从简单的硒递送,转变为设计可适配组织的生物材料系统,使其能在复杂伤口界面上有序排布催化活性位点,并在愈合过程中维持持续功能。
该研究构建了一种适配组织的有机硒水凝胶(TCOH),该水凝胶兼具优异的组织适配性,可双重调控氧化还原稳态与AGE-RAGE信号轴稳态,从而加速糖尿病创面愈合。该有机硒水凝胶系统通过可发生微相分离的有机硒聚合物(OSP)与透明质酸-己二酸二酰肼(HA-ADH)之间的空间可控酰腙键交联制备而成。
有机硒聚合物的微相分离驱使苯甲醛基团空间聚集于疏水微区,从动力学上延缓交联过程,赋予材料可注射流动性,从而与复杂创面结构无缝贴合。随后材料原位刚性化,形成稳定、贴合的愈合屏障,为持续发挥治疗作用构建再生微环境。高密度的有机硒功能基团可有效恢复氧化还原平衡、阻断AGE-RAGE相互作用,同时保持优异的生物相容性,进而促进巨噬细胞向M2型极化并显著促进血管生成。
该研究为组织工程领域提出了一种颠覆性思路:(1)突破了传统预制水凝胶在组织适配性上的局限;(2)提供了一种多功能治疗平台,可同时靶向氧化应激与AGE-RAGE相关通路,而两者正是糖尿病创面愈合障碍的两大核心特征。
参考消息:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.72776