《Bioactive Materials》：Skin-mimetic bilayer hydrogel enhances spatiotemporal coordination of neuro-immune-vascular interactions to accelerate diabetic wound healing
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為解決糖尿病創面愈合遲緩、神經免疫調節紊亂和血管生成受損的難題，本研究受天然皮膚結構功能啟發，開發了一種導電的仿皮膚雙層水凝膠敷料。其上層的各向異性結構提供保護與電導，下層響應性凝膠可實現按需遞藥。該設計在早期抑制炎癥、促進巨噬細胞向修復表型極化，后期則協同電刺激與鎂離子釋放顯著促進血管新生。研究結果為糖尿病等慢性創面的分階段精準修復提供了新策略。
糖尿病，一個全球性的健康難題，其帶來的最棘手并發癥之一便是頑固的傷口，醫學上稱為糖尿病創面。這些傷口仿佛被困在了一個“修復迷宮”中：高血糖環境持續引發炎癥，本應沖鋒在前、清除有害物質的免疫細胞（如M1型巨噬細胞）過度活躍，遲遲不肯“下班”；而負責構建新組織的修復型細胞（如M2型巨噬細胞）和新血管又“消極怠工”，導致傷口缺氧缺營養，愈合過程停滯不前。更復雜的是，神經、免疫系統和血管三者之間的協調對話在糖尿病中被嚴重打亂，形成了一個惡性循環。傳統的單一成分敷料難以應對這種在不同愈合階段需求迥異的復雜局面，因此，研發一種能夠“見機行事”、智能調控傷口微環境的“全能型”敷料，成為再生醫學領域的迫切需求。
受人體自身皮膚精巧的雙層結構啟發——堅固的表皮負責防護，富含細胞外基質的真皮負責粘附與信號傳導，海南大學材料科學與工程學院的研究團隊在《Bioactive Materials》上發表了一項創新性研究。他們設計并構建了一種仿皮膚智能導電雙層水凝膠，旨在像一位高明的“總指揮”，在時間和空間兩個維度上，精確協調糖尿病創面愈合的復雜進程。
為驗證這一創新設計的功效，研究人員綜合運用了材料表征、細胞分子生物學及動物實驗等多種技術手段。材料構建方面，通過結構重構與摻雜技術制備了上層具有各向異性導電網絡的聚（乙烯醇）(PVA)/聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）:聚（苯乙烯磺酸鹽）(PEDOT:PSS)/納米氧化鎂(MgO)復合水凝膠，以及下層由動態硼酸酯鍵交聯、負載降鈣素基因相關肽(CGRP)的響應性粘附水凝膠。生物學評估則涉及了細胞培養（如RAW264.7巨噬細胞、人臍靜脈內皮細胞HUVECs）、多種分子檢測技術（如流式細胞術、實時熒光定量PCR(RT-qPCR)、蛋白質免疫印跡(Western blot)、免疫熒光染色）、以及轉錄組學分析。體內研究使用了鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病小鼠全層皮膚缺損模型，通過組織學染色（蘇木精-伊紅(H&E)、馬松三色(Masson)）和免疫組化等方法評估愈合效果。
2.1. 各向異性上層水凝膠的結構表征
通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、小角X射線散射(SAXS)、原子力顯微鏡(AFM)等多尺度表征證實，成功構建了具有高度取向、結晶度提升的穩定各向異性網絡，功能組分（PEDOT:PSS, MgO）均勻分布，為高效電荷傳輸和機械穩定性奠定了基礎。
2.2. 上層水凝膠的功能性能
熱力學、力學和電學測試表明，各向異性結構顯著增強了水凝膠的結晶性、抗溶脹性、力學強度/韌性及抗疲勞性能。摻入導電組分(PEDOT:PSS)后，水凝膠導電性提升，并能點亮發光二極管(LED)，證實了其作為電刺激(ES)傳導介質的有效性。同時，水凝膠能持續釋放鎂離子(Mg2+)。
2.3. 下層水凝膠的制備與功能評估
成功合成了含有季銨陽離子和動態硼酸酯鍵的聚合物(PEEP)，并以其與PVA構成下層水凝膠(PP)。該水凝膠具有多孔結構、良好的濕態粘附性、活性氧(ROS)清除能力，并能響應葡萄糖和ROS微環境發生加速降解，從而實現負載藥物CGRP的按需釋放。此外，其與上層水凝膠均展現出優異的抗菌性能。
2.5. 體外調節RAW264.7細胞極化
在模擬糖尿病(DM)條件下，負載CGRP的下層水凝膠(C@PP)能顯著降低巨噬細胞M1表型標志物（CD86, iNOS, TLR-4）的表達，同時上調M2表型標志物（CD206, CD200R1）的表達，有效促進巨噬細胞從促炎表型向促修復表型極化。
2.6./2.7. 體外調節人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)遷移與血管生成
研究發現，經C@PP調控后的巨噬細胞條件培養基能緩解糖尿病環境對內皮細胞遷移的抑制。在此基礎上，聯合Mg2+釋放與電刺激(ES)可產生協同效應，最有效地促進內皮細胞遷移以及血管生成關鍵基因（CD31, VEGF, HIF-1α）和蛋白的表達，并在基質膠成管實驗中形成最完整、密集的管狀網絡。此外，上層的各向異性結構能為細胞提供接觸引導，促進其定向鋪展。
2.8. 轉錄組學分析揭示血管生成的生物學機制
基因集富集分析(GO)和京都基因與基因組百科全書(KEGG)通路分析表明，電刺激與鎂離子的聯合治療顯著富集了與細胞外基質組織、細胞連接、整合素結合以及局灶性粘附等通路，這從分子層面解釋了其協同促進血管新生的機制。
2.9./2.10./2.11. 仿皮膚雙層水凝膠促進糖尿病創面愈合、調節神經免疫互作并促進血管生成
在糖尿病小鼠傷口模型中，該雙層水凝膠（特別是結合了電刺激的DM-C@PP/M@APC-E組）展現出最快的傷口閉合速度、最完整的再上皮化、最規整的膠原沉積。機理上，其在愈合早期（第6天）能有效抑制傷口處的M1型巨噬細胞，促進M2型極化，并上調神經肽CGRP和神經生長相關蛋白GAP43的表達，加速神經修復。在血管生成方面，該治療能顯著增加傷口組織中CD31（血管內皮標志物）和α-SMA（血管平滑肌肌動蛋白，標志血管成熟）的陽性面積，促進新生血管的成熟與穩定。
本研究成功開發了一種創新的仿皮膚雙層水凝膠，其核心在于通過“結構仿生”實現了“功能協同”與“時序調控”。上層堅固、導電的各向異性網絡模擬表皮，提供防護、力學支撐并作為電刺激的高效導體，同時釋放Mg2+；下層響應性粘附凝膠模擬真皮，感知傷口微環境并按需釋放CGRP。這種設計巧妙地應對了糖尿病創面愈合的時空復雜性：在早期炎癥階段，下層凝膠響應高糖和活性氧環境，釋放CGRP，重編程巨噬細胞極化，將有害的炎癥微環境扭轉為促修復狀態；在后續增殖階段，上層的導電網絡協同外源電刺激，并結合持續釋放的Mg2+，強力激活血管內皮生長因子(VEGF)等信號通路，顯著促進血管新生，為組織修復輸送“糧草”。轉錄組學分析進一步從基因層面揭示了電刺激與離子釋放協同調控細胞外基質重塑和血管生成通路的作用網絡。最終，動物實驗證實，該一體化策略能顯著加速糖尿病傷口閉合，同時協調推進神經修復、免疫調節和血管再生三大關鍵進程。這項工作不僅為糖尿病慢性創面治療提供了一種極具前景的“時-空”精準治療新方案，其“仿生結構適配階段化功能”的設計理念也為其他復雜組織再生材料的開發提供了可借鑒的通用框架。
