针对上述问题，深圳龙岗人民医院周树勤/南京金陵医院于攀/暨南大学郭瑞等团队联合开发了一种新型免疫调节微针贴片，通过双层结构设计实现糖尿病感染伤口的协同治疗：尖端层利用MXene的光热效应快速杀灭伤口表面细菌并破坏细菌生物膜屏障，基层则持续释放Zn²⁺，通过抑制TNF-α促炎通路降低炎症水平、促进巨噬细胞M2型极化，同时激活TGF-β/Smad3信号轴促进血管再生，并有效清除ROS、恢复线粒体膜电位及能量代谢功能，从而全面重编程伤口免疫微环境。动物实验证实该微针显著加速糖尿病感染伤口愈合、增强胶原沉积并促进血管再生，转录组测序进一步揭示其通过协同调控TNF-α与TGF-β信号通路驱动分期愈合的分子机制，为糖尿病感染性伤口提供了一种集抗菌、抗炎、促血管生成与线粒体保护于一体的多层面治疗策略。该文章于2025年12月14日以《Immunomodulatory microneedles restore mitochondrial homeostasis andbalance TGF-$/TNF-o signaling to accelerate diabetic wound repair》为题发表于《Materials Today Bio》（DOI：10.1016/j.mtbio.2025.102687）。

研究示意图：微针制备及糖尿病感染伤口修复示意图

（1）MXZ复合材料及微针的制备与表征

¹H NMR证实ColIIIMA（δ=5.30、5.54）和HAMA（δ=5.78、1.00-1.25）成功合成，FT-IR验证SCS特征峰（811 cm⁻¹、1225 cm⁻¹）。XRD表征Zn-MOF、MXene及MXZ复合结构，Zeta电位和SEM-mapping证实MXZ静电结合及Zn元素分布。MXZ在808 nm NIR照射下10 min可达65°C（2.0 W/cm²时78°C），光热转换效率32.96%，循环稳定性良好。SHC微针高度800 μm、间距200 μm（图1E），机械强度1.0 N/针，穿刺深度440 μm（图1H、I）。

图1. 微针结构表征。（A）微针实物图；（B）添加阿霉素后微针实物图；（C）添加亚甲蓝后微针实物图；（D）微针尖端光镜图；（E）微针扫描电镜图；（F）微针三维结构图；（G）微针穿刺猪皮示意图；（H）微针压缩曲线；（I）微针琼脂糖穿刺深度。

（2）体外抗菌效果评价

MXZ对E. coli和S. aureus的抗菌效果呈浓度依赖性，随浓度增加菌落数减少。共培养实验显示，SHC+MXZ微针对E. coli和S. aureus的抑制率分别为89.3%和91.1%，经NIR照射后提升至98.2%和99.2%（图2A、E、F）。SEM观察显示SHC+MXZ和SHC+MXZ+NIR组细菌细胞膜表面受损、内容物外溢（图2B）。细菌活死染色显示SHC+MXZ和SHC+MXZ+NIR组红色荧光（死菌）为主，对照组以绿色荧光（活菌）为主（图2C）。结晶紫染色显示SHC+MXZ和SHC+MXZ+NIR组生物膜量减少，570 nm处吸光度显著低于对照组（图2D、G、H）。激光共聚焦显示SHC+MXZ处理后生物膜厚度降低，SHC+MXZ+NIR组红色荧光显著增强、生物膜完全死亡（图2I、J）。

图2. 微针体外抗菌表征。（A）琼脂平板上大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落数；（B）大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的扫描电镜图；（C）大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的活死染色；（D）大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生物膜的结晶紫染色；（E）大肠杆菌抑制率；（F）金黄色葡萄球菌抑制率；（G）大肠杆菌生物膜在570 nm处的吸光度；（H）金黄色葡萄球菌生物膜在570 nm处的吸光度；（I）大肠杆菌生物膜活死染色；（J）金黄色葡萄球菌生物膜活死染色。

（3）体外生物相容性和促血管生成能力

MXZ细胞毒性呈浓度依赖性，低于1 mg/mL时L929细胞活力无显著影响，超过2.5 mg/mL时细胞活力显著降低且出现明显凋亡，后续实验选用1 mg/mL浓度。SHC、SHC+MXene、SHC+Zn-MOF和SHC+MXZ微针浸提液与L929细胞共培养24-72小时，细胞活力未受影响，凋亡率与对照组无显著差异，活死染色显示无红色荧光（死细胞）（图3A、B）。

细胞划痕实验显示，SHC+MXZ组6小时划痕面积缩小至55.6%，显著低于对照组（79.7%）（图3C、D）。HUVEC管腔形成实验显示，SHC+Zn-MOF和SHC+MXZ组总连接数、总分支数和总分支长度均显著高于对照组（图3E-H）。ELISA检测显示SHC+MXZ组TGF-β1和VEGF表达显著增加。Western Blot显示SB-505124（TGF-β1受体抑制剂）可抑制SHC+MXZ诱导的TGF-β1和VEGF表达上调（图3I），qPCR定量结果一致（图3J、K）。

图3. 微针生物相容性、成管及迁移能力。（A）微针活死染色；（B）微针细胞骨架染色；（C）微针促进L929细胞迁移图像；（D）L929细胞划痕面积闭合率；（E）微针促进血管生成图像；（F）微针促进血管生成的连接数；（G）微针促进血管生成的分支数；（H）微针促进血管生成的总分支长度；（I）Western Blot验证TGF-β信号通路；TGF-β1（J）和VEGF（K）的qPCR定量统计。

（4）体外抗炎、ROS清除及线粒体膜电位染色

H₂O₂刺激L929细胞后DCFH-DA染色显示大量绿色荧光（ROS），SHC+MXZ处理后荧光强度显著减弱（图4A、C）。JC-1线粒体膜电位染色显示H₂O₂组绿色荧光增强（低膜电位），SHC+MXZ组红色荧光恢复（高膜电位）（图4B、D、E）。ATP检测显示H₂O₂组ATP含量显著降低，SHC+MXZ组显著增加。qPCR显示H₂O₂组SOD2和NOX2 mRNA表达显著上调，SHC+MXZ处理后显著降低。

LPS诱导RAW 264.7巨噬细胞M1极化，流式细胞术显示SHC+MXZ处理后CD86（M1标志）降低、CD206（M2标志）升高，CD86/CD206比值最低（图4F、H）。免疫荧光染色显示SHC+MXZ组iNOS降低、CD206升高（图4G、I、J）。上述结果表明SHC+MXZ通过清除ROS、恢复线粒体膜电位及ATP供应、促进巨噬细胞M2极化，协同调控TNF-α信号通路实现抗炎与线粒体保护的双重效应。

图4. 体外抗炎、ROS清除及线粒体膜电位染色。（A）微针清除L929细胞产生的ROS；（B）微针作用后L929细胞线粒体膜电位免疫荧光染色；（C）ROS荧光强度定量统计；（D）单体荧光强度定量统计；（E）聚合物荧光强度定量统计；（F）流式细胞术评估微针抗炎性能；（G）CD206和iNOS免疫荧光染色；（H）CD86/CD206比值；（I）iNOS荧光强度定量统计；（J）CD206荧光强度定量统计。

（5）微针促进糖尿病感染伤口愈合

STZ诱导糖尿病大鼠背部伤口感染E. coli和S. aureus构建糖尿病感染伤口模型，分别给予不同微针处理，NIR组采用1.5 W/cm²功率照射10分钟。第0、3、7、10、14、21天监测显示，SHC+MXZ+NIR组愈合最快，第3天伤口面积48.5%（对照组83.3%），第7天和第10天结果类似（图5A、B、D）。

第3天伤口组织匀浆涂板显示，SHC+MXZ组菌落数显著少于对照组，SHC+MXZ+NIR组进一步减少（图5C）。H&E染色显示第3天对照组炎症细胞大量浸润，SHC+MXZ组较轻；第10天SHC+MXZ组毛囊结构和肉芽组织更致密（图5E）。Masson染色显示SHC+MXZ组胶原沉积更多（图5F）。

第21天主要脏器（心、肝、脾、肺、肾）切片显示SHC+MXZ+NIR组细胞形态正常、组织结构均匀、无炎症反应。CBC显示血液学指标稳定，血液生化显示肝肾功能指标与对照组接近。

图5. 微针促进糖尿病感染大鼠伤口修复。（A）糖尿病感染伤口大体观察；（B）伤口面积追踪图；（C）伤口组织中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落数；（D）伤口面积热图；（E）伤口组织H&E染色；（F）伤口组织Masson染色。

（6）免疫荧光染色评价

CD31免疫荧光染色显示，第7天SHC+MXZ+NIR组绿色荧光显著高于其他组，第14天SHC+MXZ和SHC+MXZ+NIR组管腔结构更大（图6A、D）。CD86/CD206免疫荧光染色显示，第3天对照组炎症反应强烈，治疗后降低；第7天对照组CD86（M1）荧光强烈，SHC+MXZ和SHC+MXZ+NIR组CD86降低、CD206（M2）升高（图6B、C、E、F）。

图6. 伤口组织免疫荧光染色。（A）CD31免疫荧光染色；（B）第3天CD86和CD206免疫荧光染色；（C）第7天CD86和CD206免疫荧光染色；（D）CD31荧光强度定量统计；（E）第3天CD86/CD206比值；（F）第7天CD86/CD206比值。

（7）免疫组化和Western Blot评价

免疫组化染色显示，对照组IFN-γ和TNF-α（促炎因子）高表达，SHC+MXZ处理后显著降低；IL-4和TGF-β1（抗炎因子）对照组低表达，治疗后显著增加（图7A-E）。Western Blot显示SHC+MXZ组CD86降低、CD206升高，TNF-α和IL-6降低、TGF-β1增加，线粒体功能蛋白p50高表达（图7F-L）。

图7. 伤口组织免疫组化及Western Blot分析。（A）第7天伤口组织免疫组化分析；IFN-γ（B）、TNF-α（C）、IL-4（D）和TGF-β1（E）的相对表达水平；（F）伤口组织Western Blot条带；CD86（G）、CD206（H）、TNF-α（I）、IL-6（J）、TGF-β1（K）和p50（L）的WB条带定量统计。

（8）转录组测序和信号通路验证

RNA转录组分析显示，PCA中PC1（33.98%）和PC2（21.80%）有效区分对照组与SHC+MXZ组，差异基因热图显示SHC+MXZ组多个基因显著上调。两组间14,293个共表达基因中，335个基因在SHC+MXZ组特异性表达（图8A、B）。KEGG富集分析显示主要富集于环境信息处理等通路（图8C），GO富集分析显示BP过程主要包括结缔组织发育、血管形成，CC过程包括运输载体、细胞外基质，MF过程包括ATP水解酶活性、生长因子活性（图8D-G）。GSEA分析显示TNF信号通路（p=0.02733）和TGF-β信号通路（p=0.0031）显著富集（图8H、I），PPI网络分析进一步验证SHC+MXZ对这两条通路的调控作用。

图8. 伤口组织转录组测序分析。（A）差异基因表达火山图（红色表示上调基因，蓝色表示下调基因）；（B）不同组基因表达数量；（C）KEGG富集圈图；（D）GO富集圈图；（E）生物过程前10位GO富集；（F）细胞组分前10位GO富集；（G）分子功能前10位GO富集；（H）GSEA显示TNF信号通路；（I）GSEA显示TGF-β信号通路。