基于GelMA@PEI-PDA多功能水凝胶的糖尿病伤口微环境调控与再生修复研究

　　本刊推荐：针对糖尿病足溃疡(DFU)存在的慢性炎症、氧化应激及细菌感染等微环境失衡难题，研究人员开发了一种通过聚多巴胺-聚乙烯亚胺(GelMA@PEI-PDA)共聚构建的多功能水凝胶。该水凝胶兼具抗菌、抗氧化、抗炎、自愈合和组织粘附特性，能有效调控巨噬细胞极化、促进血管生成和胶原重塑，显著加速MRSA感染糖尿病小鼠的全层皮肤再生，为DFU临床治疗提供了创新性策略。

　　

糖尿病足溃疡（Diabetic Foot Ulcer, DFU）是糖尿病最严重且治疗费用高昂的并发症之一，由于高糖环境导致的持续性慢性炎症、氧化应激、炎症因子水平升高、血管生成受损以及细菌感染等问题，其伤口微环境长期处于失衡状态，难以进入正常的愈合进程。当前的治疗策略多集中于伤口闭合，而非从根本上调控病理微环境，因此临床效果有限。在这一背景下，开发能够综合调控伤口微环境并加速组织再生的新型敷料成为迫切需求。

近日，发表在《Materials Science and Engineering: B》的一项研究通过将聚多巴胺（Polydopamine, PDA）和聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine, PEI）复合涂层与甲基丙烯酰化明胶（GelMA）共聚，成功构建了一种多功能水凝胶敷料（GelMA@PEI-PDA）。该水凝胶不仅具备优异的力学性能、组织粘附性和自愈合能力，还表现出显著的抗菌、抗氧化、抗炎以及促进全层皮肤再生的功能，为糖尿病伤口治疗提供了新的解决方案。

本研究主要采用了以下关键技术方法：通过¹H NMR和UV-Vis光谱对材料进行结构表征；利用扫描电镜（SEM）观察水凝胶微观形态；通过流变学测试、拉伸实验和黏附强度测定评估其力学性能；采用DPPH法和细胞实验评价抗氧化活性；通过体外细菌培养和动物感染模型（使用STZ诱导的糖尿病C57BL/6小鼠及MRSA感染）验证其抗菌与促愈合效果；并借助免疫荧光、组织染色（H&E、Masson）以及巨噬细胞表型分析（CD206、CD163）探讨其作用机制。

3.1. GelMA@PEI-PDA合成与结构表征

通过¹H NMR确认GelMA中双键的成功修饰，UV-Vis光谱显示PEI与DA间发生Schiff碱反应及Michael加成，FTIR证实C=N键形成。SEM显示随PEI-PDA加入，水凝胶孔结构逐渐致密，提升了其保湿与力学性能。该水凝胶表现出220%的断裂伸长率和显著的自愈合能力。

3.2. 生物相容性评价

CCK-8实验显示，该水凝胶对L929、HaCaT和HUVEC细胞无明显毒性，细胞存活率超过80%。EdU增殖实验进一步证实其对细胞增殖无抑制效应。溶血率低于5%，符合生物材料安全性标准。

3.3. 抗氧化性能

DPPH自由基清除实验表明，GelMA@PDA与GelMA@PEI-PDA分别可清除85.99%与81.14%的自由基。在H₂O₂诱导的氧化应激模型中，该水凝胶有效降低细胞内ROS水平，并促进HaCaT细胞迁移，缓解了氧化应激对细胞行为的抑制作用。

3.4. 抗菌活性

针对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和MRSA，GelMA@PEI-PDA表现出浓度依赖的抗菌效果，尤其对MRSA杀菌作用更为显著。SEM观察显示，细菌经处理后出现膜皱缩与破裂，证实其通过破坏细菌膜结构发挥抗菌作用。

3.5. 糖尿病伤口愈合评估

在MRSA感染的糖尿病小鼠模型中，GelMA@PEI-PDA处理组在第3天即显示感染控制与渗出减少，第14天伤口基本闭合，第18天仅留疤痕组织。H&E染色显示较早的上皮再生和炎症缓解，Masson染色表明胶原沉积与结构重塑最为显著。

3.6. 炎症缓解与巨噬细胞极化调控

该水凝胶可抑制LPS诱导的TNF-α与IL-1β分泌，促进巨噬细胞由M2a型（CD206+）向M2c型（CD163+）转化，从而协调炎症消退并推动组织修复进程。

3.7. 促进血管生成与胶原重塑

免疫荧光显示，处理组中CD31（血管内皮标志）与α-SMA（血管平滑肌标志）表达显著上调，表明血管生成及成熟度提高。同时，胶原密度增加、结构更规整，体现出良好的组织再生质量。

本研究通过一锅法原位共组装策略成功构建了多功能GelMA@PEI-PDA水凝胶，系统验证了其在调控糖尿病伤口微环境、抑制感染、缓解氧化应激与炎症、促进血管新生和胶原重塑中的多效功能。该研究不仅为慢性伤口治疗提供了新材料，也展示了通过材料设计实现病理微环境重编程的巨大潜力。尽管当前研究仍局限于小鼠模型，其良好的生物相容性与综合治疗效果表明该水凝胶具较高的临床转化前景，未来需在大动物模型及临床实践中进一步验证其长期安全性与有效性。