《Materials Today Bio》：Dextran-Based Microneedle Patch Co-delivering Safflower Polysaccharide and ROS-Responsive Tetramethylpyrazine Micelles for Diabetic Wound Repair
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糖尿病創(chuàng)面愈合困難，現(xiàn)有療法難以應(yīng)對其復(fù)雜的病理微環(huán)境。研究人員構(gòu)建了一種負(fù)載紅花多糖(SPS)和ROS響應(yīng)性川芎嗪(TMP)膠束的葡聚糖基水凝膠微針(D/SPS/T@P-H)，該系統(tǒng)可響應(yīng)創(chuàng)面活性氧(ROS)釋放藥物，發(fā)揮抗氧化、抗炎、促血管生成和神經(jīng)再生等多重協(xié)同作用，顯著加速糖尿病大鼠的傷口愈合，為治療糖尿病創(chuàng)面提供了一種多功能的材料學(xué)新策略。
在當(dāng)代社會，隨著全球糖尿病患者數(shù)量不斷攀升，糖尿病創(chuàng)面，特別是糖尿病足潰瘍，已成為一個嚴(yán)峻的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)。這些傷口仿佛被困在了一個惡性循環(huán)中：由于長期的高血糖環(huán)境，傷口部位不僅持續(xù)發(fā)炎，還充斥著過量的活性氧(ROS)，導(dǎo)致血管功能紊亂，周圍神經(jīng)受損，最終使得愈合過程嚴(yán)重受阻，甚至大大增加了截肢風(fēng)險。面對如此復(fù)雜的病理“戰(zhàn)場”，傳統(tǒng)治療手段常常顯得力不從心，難以有效調(diào)控傷口局部的惡劣微環(huán)境。那么，有沒有一種方法，能夠像一支訓(xùn)練有素的多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)部隊，同時清除“敵人”（ROS和炎癥）、修復(fù)“交通線”（血管）和“通訊網(wǎng)絡(luò)”（神經(jīng)），從而從根本上扭轉(zhuǎn)戰(zhàn)局呢？
近期，來自廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院的研究團隊在《Materials Today Bio》上發(fā)表了一項創(chuàng)新性研究，為解決這一難題帶來了新的希望。研究人員從傳統(tǒng)中藥中汲取智慧，將活血化瘀的常用藥對——川芎和紅花的核心活性成分與現(xiàn)代生物材料技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計出了一種智能化的“創(chuàng)面修復(fù)貼片”。他們構(gòu)建了一種基于葡聚糖的多功能水凝膠微針系統(tǒng)，能夠共同遞送紅花多糖(SPS)和包裹在活性氧響應(yīng)性膠束中的川芎嗪(TMP)，旨在通過協(xié)同作用促進糖尿病創(chuàng)面的神經(jīng)血管再生。
為開展這項研究，作者主要應(yīng)用了以下幾項關(guān)鍵技術(shù)：首先，合成了甲基丙烯酸酯化葡聚糖(DexMA)作為水凝膠基質(zhì)，并制備了ROS響應(yīng)的兩親性聚丙烯硫醚-透明質(zhì)酸(PPS-HA)共聚物膠束用于負(fù)載TMP。其次，通過光聚合技術(shù)將SPS和TMP膠束整合到DexMA基質(zhì)中，制備成微針陣列。研究使用了糖尿病大鼠全層皮膚缺損模型進行體內(nèi)藥效評估。此外，還綜合運用了轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)、免疫熒光、流式細胞術(shù)、體外細胞劃痕/Transwell/成管實驗等多種分子和細胞生物學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)評估了該微針系統(tǒng)的理化性質(zhì)、生物相容性及促愈合機制。
3.1. 多糖基水凝膠和響應(yīng)性納米囊泡的制備與表征
研究成功制備了復(fù)合微針系統(tǒng)。表征結(jié)果顯示，DexMA水凝膠具有可調(diào)的機械強度和溶脹性能。同時，成功合成了PPS-HA膠束，其能有效負(fù)載TMP，并在高ROS環(huán)境下實現(xiàn)藥物的響應(yīng)性釋放，累積釋放率顯著提高，表現(xiàn)出良好的ROS敏感性。
3.2. 多糖基微針的微觀力學(xué)和抗氧化表征
制備的微針陣列結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有足夠的機械強度穿透皮膚角質(zhì)層。體外滲透實驗證實其能有效將藥物遞送至真皮層。抗氧化實驗（DPPH和ABTS清除實驗）表明，含SPS和T@P-H的微針具有顯著的自由基清除能力，且二者表現(xiàn)出協(xié)同增效作用。
3.3. 微針的體外抗菌評價
針對糖尿病創(chuàng)面易感染的特點，研究評估了微針對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的抗菌性能。結(jié)果顯示，SPS和T@P-H均能有效抑制細菌生長和生物膜形成，其中T@P-H組表現(xiàn)出最強的抗菌活性。
3.4. SPS、T@P-H及微針的細胞相容性評價
CCK-8、活死染色及細胞骨架染色等實驗表明，SPS和T@P-H在測試濃度范圍內(nèi)對L929細胞無明顯毒性，所有微針組均表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性。其中D/SPS/T@P-H組甚至表現(xiàn)出促進細胞增殖和鋪展的效果。
3.5. 微針促血管生成能力的評估
通過人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVEC)的劃痕愈合實驗、Transwell遷移實驗和成管實驗，評估了微針的促血管生成潛力。結(jié)果表明，D/SPS/T@P-H能顯著促進HUVEC的遷移和成管能力，在分支數(shù)、交叉點和總長度等參數(shù)上均優(yōu)于其他組，顯示了SPS與TMP在促血管生成上的協(xié)同作用。
3.6. 抗氧化和免疫調(diào)節(jié)作用
利用DCFH-DA探針檢測細胞內(nèi)ROS水平，發(fā)現(xiàn)D/SPS/T@P-H處理能最大程度地降低HT22細胞內(nèi)的ROS熒光強度。同時，通過流式細胞術(shù)和免疫熒光分析巨噬細胞極化，發(fā)現(xiàn)D/SPS/T@P-H能有效抑制促炎的M1型極化，并促進抗炎的M2型極化，表現(xiàn)出強大的抗氧化和免疫調(diào)節(jié)功能。
3.7. 神經(jīng)再生的體外評價
采用HT22細胞評估微針的神經(jīng)再生潛力。劃痕實驗顯示D/SPS/T@P-H能顯著促進神經(jīng)元細胞遷移。免疫熒光顯示該組細胞神經(jīng)絲蛋白(NF200)信號最強，神經(jīng)突最長。RT-qPCR和蛋白印跡(Western blot)進一步證實，D/SPS/T@P-H能上調(diào)NF200、PSD95、Syn1等突觸相關(guān)基因和蛋白的表達，表明其能有效促進突觸形成和神經(jīng)修復(fù)。
3.8. 微針對傷口愈合和炎癥的體內(nèi)效應(yīng)
在糖尿病大鼠全層皮膚缺損模型中，D/SPS/T@P-H微針治療顯著加速了傷口閉合，在第14天時傷口幾乎完全愈合。組織學(xué)分析（H&E和Masson染色）顯示，該治療組上皮化更早，膠原沉積更豐富、更有序。免疫組化顯示，該組傷口組織中促炎細胞因子IL-1β和TNF-α的表達量顯著降低。
3.9. 轉(zhuǎn)錄組分析和功能驗證
轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，D/SPS/T@P-H組有321個基因顯著上調(diào)，184個基因下調(diào)。KEGG和GO富集分析表明，差異表達基因顯著富集在NF-κB信號通路和神經(jīng)營養(yǎng)因子信號通路等關(guān)鍵通路。蛋白互作網(wǎng)絡(luò)分析也突出了NF-κB通路中的關(guān)鍵基因。體內(nèi)免疫熒光染色驗證顯示，D/SPS/T@P-H治療能下調(diào)NF-κB的表達，同時上調(diào)神經(jīng)再生標(biāo)志物GAP43、NF200、PSD95以及血管標(biāo)志物CD31的表達。
研究結(jié)論與意義
綜上所述，該研究成功構(gòu)建了一種多功能多糖基微針平臺D/SPS/T@P-H。該系統(tǒng)整合了SPS的促血管生成、免疫調(diào)節(jié)活性和ROS響應(yīng)性TMP膠束的抗氧化、抗炎及神經(jīng)保護作用。研究表明，該微針不僅能有效清除ROS、調(diào)節(jié)巨噬細胞極化、抑制炎癥，還能協(xié)同促進血管新生和神經(jīng)再生。在糖尿病大鼠模型中，該微針顯著加速了傷口愈合，并通過調(diào)控NF-κB等信號通路，在分子層面協(xié)調(diào)了免疫調(diào)節(jié)與組織修復(fù)過程。
這項工作的意義在于，它創(chuàng)新性地將傳統(tǒng)中藥活性成分與現(xiàn)代微針遞送技術(shù)和智能響應(yīng)性材料相結(jié)合，提出了一種針對糖尿病創(chuàng)面復(fù)雜病理微環(huán)境的“多管齊下”治療新策略。不同于單一功能的敷料，該平臺同時針對氧化應(yīng)激、慢性炎癥、血管障礙和神經(jīng)損傷等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了協(xié)同治療，為糖尿病慢性創(chuàng)面的臨床治療提供了具有轉(zhuǎn)化潛力的新材料解決方案。
