研究背景:
糖尿病伤口因M2巨噬细胞极化受损、ROS过度产生及血管新生障碍难以愈合,成为全球5.37亿糖尿病患者面临的重大挑战。传统纳米颗粒存在载药量低、细胞毒性及降解困难等问题,金属催化剂虽能清除ROS却可能引发长期毒性。灵芝多糖(GLP)作为天然杂多糖,主链含葡萄糖、半乳糖和甘露糖,可通过Wnt/β-catenin通路促进成纤维细胞增殖并诱导TGF-β1分泌,同时调控巨噬细胞向M2表型分化;阿魏酸(FA)为天然多酚,具显著抗氧化及M2极化调节功能,但水溶性差限制其应用。因此,开发ROS响应性、高生物相容性的无载体纳米系统,整合GLP与FA实现多靶点协同治疗,已成为糖尿病伤口管理亟待突破的核心科学问题。

针对上述问题,齐齐哈尔医学院隋小宇、韩翠艳团队利用胱氨酸二盐酸盐(Cys)为连接臂,将氧化灵芝多糖(OGLP)与FA通过动态二硫键共价偶联,经纳米沉淀法制备无载体灵芝多糖-阿魏酸纳米颗粒(GFNPs),并共载重组人表皮生长因子(rhEGF)于壳聚糖/泊洛沙姆(P407/P188)温敏水凝胶基质中,构建出CPP@GFNPs & rhEGF多功能伤口敷料。该体系可在糖尿病伤口高ROS微环境中响应性解聚释放GLP与FA,协同rhEGF实现"抗氧化-抗炎-促血管-抗菌"时空可控治疗。该文章于2026年2月3日以《Thermosensitive hydrogel with Ganoderma lucidum polysaccharide–ferulic acid nanoparticles and rhEGF for enhanced diabetic wound healing》为题发表于《Chemical Engineering Journal》(DOI:10.1016/j.cej.2026.173748)。

研究示意图
(1)GFNPs的制备和表征
在GFNPs合成后,首先利用FT-IR光谱分析证实OGLP–SS–FA偶联物成功合成:其在1650 cm⁻¹处出现酰胺I带C=O键伸缩振动新吸收峰,1515 cm⁻¹和1268 cm⁻¹处出现两个酰胺键特征吸收峰(图1a、1b)。GFNPs粒径为72.45 ± 6.4 nm,zeta电位为−25.65 ± 3.26 mV,PDI为0.33 ± 0.09,溶液呈现丁达尔效应;TEM显示纳米颗粒呈准球形,尺寸分布30–60 nm(图1c、1d)。ROS响应性解离实验显示:GFNPs在PBS中24 h内保持稳定,粒径变化可忽略;而在5 mM H₂O₂中孵育1 h后粒径由78.37 nm显著增至223.58 ± 17.70 nm(图1e)。药物释放实验显示:FA在PBS中24 h累积释放率为26.40 ± 1.98%,在5 mM H₂O₂中达61.78 ± 3.45%(图1f)。

图1.GFNPs的制备和表征。(a)OGLP-SS-FA的合成图。(b)OGLP-SS-FA的FTIR光谱。(c)GFNPs的粒度和丁达尔效应。(d)GFNPs的TEM图像。(e)GFNPs在pH 7.4 PBS和H2O2存在的响应的粒度分布图。(f)体外FA释放曲线。
(2)CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶的制备和表征
对制备的水凝胶进行表征,首先,流变学测试显示CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶的储能模量(G′)随温度和时间快速增加,损耗模量(G″)上升缓慢,G′与G″曲线交点对应的溶胶-凝胶转变温度约为33°C(图2c-e)。SEM显示水凝胶具有多孔微观结构,GFNPs成功负载于凝胶基质中(图2f);各组水凝胶孔径分布相似,表明GFNPs和rhEGF的加入未破坏凝胶交联网络。溶胀实验显示所有水凝胶溶胀率均达400%(图2g);保水性测试显示37°C储存48 h后各组水凝胶仍可保留约50%水分(图2h);降解实验显示CPP@GFNPs、CPP@rhEGF和CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶在7天内均出现显著质量损失,但各组降解速率无显著差异(图2i)。抗氧化实验显示:CPP和CPP@rhEGF水凝胶自由基清除能力较弱,而CPP@GFNPs和CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶表现出强效抗氧化活性,对O₂·⁻清除率分别为52.68 ± 2.08%和48.56 ± 1.99%,对DPPH·清除率分别为67.30 ± 1.43%和72.59 ± 3.06%,对·OH清除率分别为62.40 ± 3.21%和63.21 ± 3.21%(图2j-l)。

图2. CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶的制备和表征。(a)CPP@GFNPs和rhEGF水凝胶的溶胶-凝胶转化的照片。(b-e)CPP、CPP@GFNPs、CPP @ rhEGF、CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶的流变性质。(f)CPP、CPP@ GFNP、CPP@rhEGF、CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶的SEM图像的孔结构。CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶的(g)溶胀比和(h)失水比和(i)CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF、CPP@GFNPs & rhEGF的降解比。CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF、CPP@ GFNPs & rhEGF水凝胶的(j)O2 -清除率和(k)DPPH·清除率和(l)OH·清除率。 (3)水凝胶的血液相容性、细胞增殖、迁移、血管生成效应 为评估水凝胶的生物安全性,研究进行了溶血实验,结果显示所有水凝胶组溶血率均低于2%,红细胞沉降于管底,上清液呈淡黄色,无溶血迹象,0.1% Triton X-100阳性对照组出现红色溶血溶液(图3a)。MTT法检测显示:与对照组和CPP水凝胶组相比,负载GFNPs和rhEGF的水凝胶可促进L929成纤维细胞和HUVECs增殖,CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶促增殖效果最显著;第3天时该组HUVECs增殖显著优于其他各组(P < 0.01),L929细胞增殖亦显著优于其他组(P < 0.05)(图3b、3c)。划痕实验显示:CPP@GFNPs和CPP@rhEGF水凝胶组HUVECs迁移率(42.54 ± 3.04%和46.43 ± 2.45%)显著高于对照组(24.00 ± 5.26%,P < 0.001),CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组迁移率(65.40 ± 3.74%)显著高于前两组(P < 0.01)(图3d、3e)。成管实验显示:培养4 h后对照组仅少量细胞开始成管,CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组HUVECs成管显著增强,管腔更长、分支更多;节点数定量分析显示CPP@GFNPs(47.00 ± 2.65)、CPP@rhEGF(57.33 ± 3.51)和CPP@GFNPs & rhEGF(68.67 ± 3.51)水凝胶组节点数显著高于对照组(17.33 ± 2.31)和CPP水凝胶组(28.00 ± 4.58,P < 0.001),分别为对照组的2.71、3.30和3.96倍(图3f、3g)。 图3.水凝胶的血液相容性、细胞增殖、迁移、血管生成效应。(a)通过溶血测定评价血液相容。(b)L929和(c)HUVEC细胞在Control、CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF、CPP@GFNPs & rhEGF中的增殖情况。(d)Control、CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF、CPP@GFNPsCPP@GFNPs & rhEGF对HUVEC细胞的迁移影。(e)迁移愈合率的定量。(f)HUVEC成管图像。(g)分支数量的定量结果。 (4)体外抗氧化和抗炎作用 细胞内ROS实验表明,Rosup组ROS平均荧光强度显著高于空白组(P < 0.001),成功诱导HUVECs过量产生ROS;CPP(6.40 ± 0.20%)和CPP@rhEGF(5.90 ± 0.37%)水凝胶组ROS平均荧光强度与Rosup组(7.44 ± 0.36%)接近,几乎无抗氧化活性;CPP@GFNPs(2.02 ± 0.39%)和CPP@GFNPs & rhEGF(0.50 ± 0.37%)水凝胶组ROS平均荧光强度显著低于Rosup组(P < 0.001),接近空白组(0.37 ± 0.15%),后者仅为Rosup组的6.72%(图4a、4b)。免疫荧光染色检测巨噬细胞表型显示:与对照组和LPS组相比,CPP@GFNPs(9.64 ± 0.28%)和CPP@GFNPs & rhEGF(10.19 ± 0.27%)水凝胶组CD206⁺信号最高、CD86⁺信号降低,CPP和CPP@rhEGF水凝胶无此效应;CPP@GFNPs和CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组CD86⁺信号显著低于Rosup组(P < 0.001),且CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶促进白细胞介素-10(IL-10)表达(图4c-e)。 图4.体外抗氧化和抗炎作用。(a)细胞内ROS清除试验(b)细胞内ROS荧光强度分析。(c)LPS和不同水凝胶处理后Raw 264.7的CD 206和CD 86的代表性CLSM图像和免疫荧光图像(Control、CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF、CPP@GFNPs & rhEGF。(d)CD206和CD 86(e)的荧光强度分析的定量。 (5)止血和抑菌特性 小鼠肝脏出血模型显示:各水凝胶组出血量(CPP:44.10 ± 4.01 mg,CPP@rhEGF:37.83 ± 7.09 mg,CPP@GFNPs:40.53 ± 5.69 mg,CPP@GFNPs & rhEGF:35.57 ± 5.74 mg)均显著低于对照组(98.53 ± 8.05 mg,P < 0.001)(图5a、5b)。平板涂布法抗菌实验显示:与对照组(金黄色葡萄球菌抑制率:1.23 ± 1.33%,大肠杆菌抑制率:2.43 ± 1.07%)相比,各水凝胶组对两种菌的抑制活性均显著升高(P < 0.001),CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组抑菌效果最佳,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑制率分别达99.85 ± 4.94%和99.77 ± 4.89%(图5c、5d)。细菌生物膜抑制实验显示:对照组微孔呈深紫色,生物膜结构完整;CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组呈近透明淡紫色,表明其可破坏生物膜并抑制细菌增殖(图5e、5f)。活/死细菌染色实验进一步证实CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶的抗菌活性(图5g)。 图5. 止血和抑菌特性。(a)止血性能和(b)在体内模型中Control、CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF、CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组的失血量的定量统。(c)和(d)Control、CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF及CPP@GFNPs & rhEGF对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率。(e)和(f)经Control、CPP、CPP@GFNPs、CPP@rhEGF、CPP@GFNPs & rhEGF处理后的活/死细菌染色图像.(g)结晶紫染色的细菌膜的图像。 (6)CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶加速糖尿病小鼠伤口的增殖和再生 STZ诱导的糖尿病全层皮肤缺损模型显示:术后第3天,对照组伤口可见明显脓液和红肿,愈合甚微;CPP水凝胶组红肿程度相似但伤口面积略小;CPP@GFNP水凝胶组红肿较轻且伤口收缩更明显,CPP@rhEGF和CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组愈合改善显著。第7天各水凝胶组伤口面积均显著缩小,对照组仍严重红肿且周围皮肤皱缩;第10天GFNPs和rhEGF处理组80%伤口闭合,周围皮肤完整,而对照组和CPP水凝胶组仍有较大创面;第14天含GFNPs和rhEGF的水凝胶组95%伤口闭合(图6a、6b)。愈合率统计显示:第7天对照组、CPP@GFNP、CPP@rhEGF和CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组愈合率分别为47.37 ± 3.80%、72.98 ± 5.22%、68.48 ± 23.5%和80.59 ± 4.56%,各水凝胶组均显著高于对照组(P < 0.001);第14天CPP@GFNPs、CPP@rhEGF和CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组愈合率分别为97.06 ± 3.79%、98.16 ± 5.60%和99.85 ± 3.52%(图6c、6d)。H&E和Masson染色显示:第7天各水凝胶组均见少量表皮形成或胶原沉积,第14天可见表皮再生;CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶组表皮厚度(470.86 ± 46.82 μm)显著高于对照组(312.12 ± 24.78 μm)、CPP水凝胶组(346.54 ± 45.12 μm)、CPP@GFNP水凝胶组(367.06 ± 43.89 μm)和CPP@rhEGF水凝胶组(394.88 ± 34.74 μm),且胶原沉积量多于其他各组(图6e-6h)。 图6.CPP@GFNPs & rhEGF水凝胶加速糖尿病小鼠伤口的增殖和再生。(a)伤口产生和治疗时间轴的图示。(b)在不同时间点进行不同治疗的伤口的代表性数字照片。(c)从第0天到第14天伤口闭合的痕迹。(d)伤口愈合率的定量分析。(e)H&E(f)真皮厚度的定量(g)第7天和第14天伤口组织Masson三色染色的代表图和(h)胶原沉积的定量。 (7)伤口愈合期间CPP@GFNPs和rhEGF水凝胶对M2巨噬细胞的调节和血管生成的促进作用 体内M2/M1巨噬细胞极化免疫荧光染色显示:CPP@GFNPs & rhEGF组CD206表达最高,IL-10阳性细胞密度显著高于其他各组,第14天TNF-α阳性细胞数显著减少(图7a-h)。CD31免疫荧光染色显示:CPP@GFNPs、CPP@rhEGF和CPP@GFNPs & rhEGF组CD31表达均显著高于对照组和CPP组,CPP@GFNPs & rhEGF组表达最高(图7i、7j)。 图7.伤口愈合期间CPP@GFNPs和rhEGF水凝胶对M2巨噬细胞的调节和血管生成的促进作用。(a-d)糖尿病伤口愈合7天后IL-10或TNF-α绿色荧光标记的巨噬细胞免疫荧光图像。荧光强度经定量分析,细胞核呈蓝色染色。(e-h)糖尿病伤口愈合7天后CD206或CD86绿色荧光标记的巨噬细胞免疫荧光图像。荧光强度经定量分析,细胞核呈蓝色染色。(i)和(j)糖尿病伤口愈合14天后CD31红色荧光标记的巨噬细胞免疫荧光图像。血管密度荧光强度经定量分析,细胞核呈蓝色染色。 该研究成功合成了氧化还原响应性无载体GFNPs,并与rhEGF共负载于温敏CPP水凝胶中,构建协同治疗糖尿病伤口的新型敷料。该水凝胶展现出优异性能:对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌率分别达99.85%和99.77%;可清除72.59%的DPPH自由基,将细胞内ROS降至氧化应激细胞的0.50%;促进血管新生,使内皮管腔节点数增加3.96倍。在糖尿病小鼠模型中,第14天伤口愈合率达99.85%,表皮再生厚度显著优于对照组。其机制在于促进M2巨噬细胞极化并降低TNF-α表达。未来将在大型动物模型中推进临床前试验,并探索GFNPs与bFGF、VEGF等因子联用以优化组织再生效果。




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