随着糖尿病的流行，作为主要并发症的慢性伤口愈合（chronic wound healing）已经成为病人医疗服务成本升高、生活质量降低的全球性健康问题。一般来说，伤口愈合涵盖了三个典型阶段：止血发炎、细胞增殖、组织重建。而对于糖尿病来说，愈合过程会被干扰，导致连续不断的炎症状态、功能失调的上皮形成，最终无法彻底愈合伤口。
连续的炎症状态严重影响了伤口愈合从炎症到细胞增殖的过渡过程，造成巨噬细胞（关键调节因子）响应失效，损害了巨噬细胞从炎症性（M1）到抗炎性（M2）极化状态转变。不仅如此，无法进行M2极化转变的巨噬细胞也不能释放血管生成因子等促进伤口血管再生。因此，发展可调节巨噬细胞极化的低成本生物材料基敷料非常有利于慢性伤口愈合回归正常阶段，从而有望加速解决糖尿病创伤问题。
近期，温州医科大学的毛葱、林才以及西安交通大学的雷波等人利用F127-ε-聚赖氨酸（EPL）和聚多巴胺改性氧化石墨烯设计了新型水凝胶（GDFE），可调节巨噬细胞的极化状态，从而提高糖尿病伤口愈合能力。该可注射水凝胶不仅具有热敏性、自修复等物化性质，还展现出了强有力的抗菌、抗氧化等性能，为糖尿病伤口修复提供了高效策略。相关工作以“Engineering Bioactive M2 Macrophage-Polarized Anti-Inflammatory, Antioxidant, and Antibacterial Scaffolds for Rapid Angiogenesis and Diabetic Wound Repair”为题发表在Advanced Functional Materials。
【文章要点】
一、水凝胶的制备和表征
如图1所示，聚多巴胺通过酰胺键修饰氧化石墨烯形成改性氧化石墨烯GD，GD与键合物F127-EPL通过席夫碱反应形成水凝胶（GDFE）。研究显示，GDFE在4 °C时可保持液体状态，而升温至37 °C时其会迅速形成凝胶状态，当温度冷却回4 °C后凝胶又会转变成液体状态，这说明GDFE具有可逆的溶胶-凝胶转变性能。此外，通过显微镜观察可知，截断的水凝胶可在60分钟内连接复原，表明该水凝胶具有优异的自修复能力。
图1 GDFE水凝胶的合成及应用示意图
二、水凝胶刺激巨噬细胞发生极化转变
研究将GDFE水凝胶与RAW264.7巨噬细胞进行共孵育48小时，发现巨噬细胞的形貌发生显著改变。如图2所示，在GDFE中，巨噬细胞具有拉长的细胞形貌和较长的伪足。进一步免疫荧光染色表明，水凝胶处理的巨噬细胞表面具有显著的CD206标志物表达，证实了GDFE水凝胶可有效活化巨噬细胞并向M2表型进行极化，是本文的主要研究亮点。
图2 RAW264.7巨噬细胞的形貌变化及M2表型极化
三、体内抗炎和巨噬细胞极化转变观测
在活体实验中，GDFE水凝胶处理的伤口可做成切片进行抗炎和巨噬细胞活化表征（图3）。由切片免疫染色结果可知，GDFE水凝胶处理的伤口切片呈现出了较低的巨噬细胞表达的TNF-α水平，说明GDFE水凝胶在糖尿病伤口处可有效缓解炎症反应。此外，切片免疫荧光染色和相应的定量数据均表明，GDFE水凝胶在伤口处可成功诱导M2巨噬细胞的极化。
图3 GDFE水凝胶在糖尿病伤口处可缓解炎症、刺激巨噬细胞的M2极化
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100924
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