针对上述问题，重庆大学罗忠/胡燕教授团队提出了一种活体微生态微针贴片（LMMP），它能够缓解感染性糖尿病伤口（IDW）部位的缺氧问题，同时减轻过度炎症和微生物感染。通过席夫碱反应将改性的羧甲基壳聚糖（CMC）与氧化透明质酸（OHA）交联，生成柔性片状水凝胶基质；随后通过聚合物浇铸，使小球藻（Chl）整合的微针通过甲基丙烯酸酐改性透明质酸（HAMA）-Chl混合物的光交联作用形成在水凝胶贴片上，实现了小球藻的稳定锚定。LMMP能够无痛地刺穿表层并稳定附着在伤口组织上，通过基于光合作用的局部氧合作用，同时抑制慢性炎症和微生物感染，以微创的方式促进伤口的微环境重塑，从而显著加速IDW的愈合。该文章于2025年6月3日以《Living Microecological Microneedle Patches Enable Proregenerative Microenvironmental Remodeling for Promoting Infected Diabetic Wound Healing》为题发表于《ACS Nano》（DOI：10.1021/acsnano.5c05381）。

图1. LMMP的合成过程及感染性糖尿病伤口（IDW）治疗机制示意图

（1）LMMP 的制备与表征

LMMP系统由OHA-CMC水凝胶基底与HAMA微针阵列构成：CMC-GA经PBA介导的硼酸酯接枝后与OHA席夫碱交联形成基底；甲基丙烯酸改性透明质酸（HAMA）经紫外光固化在棱锥模具内成型为微针阵列，锚定于基底并物理包封小球藻。FT-IR确认HAMA、OHA、CMC-GA合成完成（图2A、B）。SEM显示微针呈四棱锥形，基底边长320 μm、高640 μm，针内颗粒平均8 μm，证实小球藻整合（图2D）。流变学测试显示0.1–10 rad/s内G'＞G''，表明基底具备类凝胶机械稳定性（图2C）。GAMP在去离子水及PBS中4 h溶胀率≈200%，含水率≈70%；30 °C开放环境4 h脱水率≈30%，LMMP与GAMP无显著差异（图2E、F）。力-位移曲线表明60%压缩下，LMMP与GAMP针尖力分别为0.34 N与0.32 N，可完整穿透小鼠皮肤，移除后腔道5 min内消失（图2G、H）。在含16.7 mM葡萄糖+200 μM H₂O₂的模拟IDW液中，LMMP 10 h GA释放量较PBS提高200%，证实硼酸酯连接的IDW响应释放（图2I）。

（2）LMMP 介导的产氧能力评估

小球藻浓度5×10⁸个/mL光照后溶液氧水平达6.3 mg/L，5×10⁷个/mL时为4.2 mg/L，故LMMP采用5×10⁸个/mL浓度（图2J）。L929和HUVEC与小球藻共孵育后细胞活力无变化（图2K）。LMMP与等量小球藻产氧量无显著差异，表明整合过程不影响光合活性（图2L）。LMMP在仿生缓冲液中持续光照，前4天氧浓度≈6 mg/L，随后降至≈5 mg/L（图2M）。

图2. LMMP 的制备与表征。（A）OHA和HAMA的傅里叶变换红外光谱。（B）CMC-PBA的傅里叶变换红外光谱。（C）GAMP和LMMP在37°C下的储能模量（G'）和损耗模量（G''）。（D）LMMP的扫描电子显微镜图像。（E）LMMP在水和PBS中孵育后的溶胀率。（F）GAMP和LMMP在30°C下的脱水率。（G）GAMP和LMMP的拉伸应力-应变曲线。（H）LMMP在小鼠皮肤上的处理效果及移除后皮肤恢复的图像分析。（I）在模拟IDW条件下LMMP中GA的释放曲线。（J）氧合测量过程的示意图。（K）不同浓度Chl孵育后L929细胞的存活率变化。（L）光刺激下LMMP介导的氧气生成。（M）不同样品产氧能力的时间依赖性变化

（3）LMMPs 的体外抗菌能力评估

MP对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、MRSA、白色念珠菌的抑制率分别为46%、47%、48%、47%；GAMP因GA的加入抑制率均显著升高；小球藻单独作用产生轻微抑制。LMMP在上述四种病原体中的存活率分别降至7%、6%、7%、5%，CLSM活/死染色与显微图像证实其细胞壁破裂、胞质外泄（图3A–G）。结晶紫定量显示，在生物膜条件下，LMMP+光照对四种病原体的存活率分别为10%、9%、8%、8%（图3H–L）。

图3. LMMPs的体外抗菌能力。（A）经MP和LMMP处理4小时后，大肠杆菌、铜绿假单胞菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的存活率。（B-E）不同处理后大肠杆菌（B）、铜绿假单胞菌（C）、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（D）和白色念珠菌（E）的相对微生物存活率。（F）经LMMP处理后，通过碘化丙啶（红色）和SYTO 9（绿色）染色得到的大肠杆菌、铜绿假单胞菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的共聚焦图像。（G）不同处理后微生物形态的扫描电子显微镜图像。（H）不同处理组生物膜的结晶紫染色图像。（I-L）生物膜中微生物病原体存活情况的定量分析

（4）LMMP 的体外生物相容性分析

LMMP与L929及HUVEC共孵育6 h后，CCK-8测得细胞活力均＞100%，CLSM活/死染色未见细胞死亡（图4B、C、E）。与血细胞共孵育溶血率≈3%（图4D）。

（5）LMMP 的体外微生态复氧作用

低氧（1% O₂）下，PBS、MP、GAMP组RDPP荧光持续；ChlMP与LMMP光照6 h后荧光消失，显示小球藻光合供氧（图4F、G）。LMMP光照8 h后HUVEC管状结构数量最多、分支丰富且总长最长（图5A、B）；划痕与Transwell实验显示48 h后HUVEC和L929迁移面积最小、侵袭细胞最多（图5C–H）。WB证实LMMP光照显著上调HUVEC中PI3K-AKT及MAPK-ERK磷酸化（图5I–L）。黑暗条件下未见上述效应，排除单纯光照影响。

图4. LMMP的体外生物相容性及促愈合能力评估。（A）共培养模型示意图。（B）不同处理后 L929 细胞的活力。（C）不同处理后HUVECs的活力。（D）不同样品的溶血活性。（E）LMMP与L929细胞和人脐静脉内皮细胞的细胞相容性。（F）不同处理下缺氧L929细胞中的氧丰度。（G）不同处理下缺氧人脐静脉内皮细胞中的氧丰度。（H）不同处理后人脐静脉内皮细胞形成管状结构的光学成像

图5. LMMP在体外对内皮细胞和成纤维细胞的调控作用及潜在分子机制研究。（A、B）不同处理后人脐静脉内皮细胞（HUVECs）分支点数量（A）和管长（B）的定量分析。（C）不同处理后HUEVC迁移能力的定量分析。（D）不同处理后L929细胞迁移能力的定量分析。（E）不同处理后HUEVC迁移的光学图像。（F）不同处理后L929细胞迁移的光学图像。（G）不同处理后HUEVC的Transwell侵袭实验结果。（H）不同处理后L929细胞的Transwell侵袭实验结果。（I）不同处理（有光照）后HUEVC中p-PI3K/p-AKT激活状态的免疫印迹分析。（J）不同处理（无光照）后HUEVC中p-PI3K/p-AKT激活状态的免疫印迹分析。（K）不同处理（有光照）后HUEVC中p-Erk激活状态的免疫印迹分析。（L）不同处理（无光照）后HUEVC中p-Erk激活状态的免疫印迹分析。（M）不同处理（有光照）后L929细胞中p-Erk激活状态的免疫印迹分析。（N）不同处理（无光照）后L929细胞中p-Erk激活状态的免疫印迹分析

（5）LMMP 介导的体外抗炎效果评估

LPS诱导RAW264.7呈M1表型（iNOS⁺/CD206⁻）（图6A）。MP无显著影响；无GA的LMMP使M2比例轻度上升（图6B、C）。LMMP组M1/M2比值降至1.27（图6D），Nrf2与HO-1表达较PBS升高200%（图6E）。LMMP+光照下，TNF-α与IL-1β分别下降70%与75%，IL-4与IL-10分别升高300%与230%；ELISA与qPCR结果一致（图6F–M）。

图6. LMMP的体外免疫调节效果评估。（A）RAW264.7细胞中CD206（绿色）和iNOS（红色）表达的荧光显微镜图像。（B、C）iNOS（B）和CD206（C）相对荧光强度的定量分析。（D）不同处理后M1和M2型巨噬细胞极化状态频率的流式细胞术分析。（E）不同处理后RAW264.7细胞中Nrf2和HO-1激活状态的WB分析。（F-I）RAW264.7细胞经不同处理后，TNF-α（F）、IL-1β（G）、IL-4（H）和IL-10（I）水平的ELISA结果。（J-M）RAW264.7细胞经不同处理后，TNF-α（J）、IL-1β（K）、IL-4（L）和IL-10（M）mRNA表达水平的qPCR分析

（6）LMMP 介导的IDW体内治疗效果评估

MRSA感染糖尿病小鼠模型中，9天后Con-、Con+相对伤口面积≈13%、45%，LMMP+光照组伤口基本闭合（图7B、C）。LMMP+光照4天出现密集肉芽组织与部分表皮修复，9天组织完全愈合，胶原沉积量最高（图7G）。LMMP+光照组K14连续基底细胞层与成熟K10棘层覆盖伤口；CD31荧光115.29%，高于Con+86.87%，并上调VEGFA、激活PI3K-AKT、MAPK-ERK通路（图8A–E，7D–E）。Nrf2-HO-1激活，iNOS下调90%、CD206上调500%，TNF-α与IL-1β mRNA降低，IL-4与IL-10 mRNA升高（图8F–L，7F）。

图7. LMMP介导的IDW愈合的体内分析。（A）在ICR小鼠模型上评估LMMP效果的实验设置示意图。（B）9天内不同处理后的伤口随时间变化的闭合情况。（C）在第0、3、5、7和9天不同处理后的伤口愈合进程。（D）不同处理后IDW组织中p-PI3K/p-AKT激活状态的免疫印迹分析。（E）不同处理后IDW组织中MAPK-ERK1/2激活状态的免疫印迹分析。（F）不同处理后IDW组织中Nrf2-HO-1激活状态的免疫印迹分析。（G）第4天和第9天受伤皮肤的H&E染色和马松三色染色结果

图8. LMMP加速IDW愈合的体内机制研究。（A）不同处理后IDW组织中细胞角蛋白10（K10，绿色）和细胞角蛋白14（K14，红色）的免疫荧光染色结果。（B）不同处理后IDW组织中CD31的免疫染色结果。（C）不同处理后IDW组织中iNOS和CD206的免疫荧光染色结果。（D、E）细胞角蛋白14（D）和细胞角蛋白10（E）的定量分析结果。（F）CD31表达的定量分析结果。（G、H）iNOS（G）和CD206（H）表达的定量分析结果。（I-L）不同处理后IDW组织中TNF-α（I）、IL-1β（J）、IL-4（K）和IL-10（L）分泌水平的相对表达量