多功能Co-FeS2纳米酶-水凝胶复合材料通过协同抗氧化、抗菌及抗炎疗法促进糖尿病伤口愈合

《Journal of Colloid and Interface Science》：Multifunctional Co-FeS 2 nanozyme-hydrogel composite promotes diabetic wound healing by synergistic antioxidant, antibacterial, and anti-inflammation therapy

本文报道了一种新型多功能伤口敷料，通过将钴掺杂FeS2（Co-FeS2）纳米酶与H2O2共封装于海藻酸钠（SA）/单宁酸（TA）修饰的聚乙烯醇（PVA）-硼砂水凝胶中，成功构建出兼具强皮肤粘附性、自愈合性和生物可降解性的复合材料。该体系通过H2O2的早期抗菌作用与Co-FeS2的类过氧化物酶（POD）/类超氧化物歧化酶（SOD）活性协同清除活性氧（ROS），并催化产氧促进巨噬细胞从M1向M2表型极化，有效解决糖尿病伤口存在的缺氧、感染和免疫失调三大难题。体内外实验证实其具有优异的生物相容性及促血管生成能力，为慢性伤口治疗提供了创新性解决方案。

　　

Highlight部分：

本研究的亮点在于开发了一种集多重功能于一体的智能伤口敷料。Co-FeS₂纳米酶不仅表现出超越传统材料（如Fe₃O₄和FeS₂）的类过氧化物酶（POD）和类超氧化物歧化酶（SOD）活性，还具备增强的光热性能和抗氧化能力。其与H₂O₂协同被封装在一种经过海藻酸钠（SA）和单宁酸（TA）修饰的聚乙烯醇（PVA）-硼砂水凝胶基质中。该复合材料展现出强大的皮肤粘附性、自愈合特性以及优异的生物可降解性。嵌入的H₂O₂扮演着双重角色：一方面，它调节水凝胶的降解动力学，并通过产生活性氧（ROS）在早期提供抗菌活性；另一方面，它随后被Co-FeS₂催化产生氧气。这种氧气供应，连同ROS的清除作用，共同促进了促炎M1型巨噬细胞向抗炎M2型巨噬细胞的极化，从而解决了慢性炎症问题。

Results and discussion部分：

Co-FeS₂纳米颗粒（NPs）是通过硫化Fe₃O₄纳米颗粒采用改进方法合成的。如图1A所示，合成出的纳米颗粒呈现出均匀的准球形形态，平均尺寸约为85纳米。X射线衍射（XRD）图谱和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像证实了立方相FeS₂的形成，且结晶性良好（JCPDS卡片号No. 42–1340），其清晰的0.31纳米晶格条纹对应于（111）晶面（图1B和C）。为了获得纯的FeS₂，实验中优化了反应物FeCl₃·6H₂O与硫粉的质量比。通过调节Co的掺杂量，可以优化纳米酶的催化活性。与未掺杂的FeS₂以及常见的Fe₃O₄纳米酶相比，Co-FeS₂在宽pH范围和温度条件下都表现出显著增强的POD样和SOD样活性。此外，Co的掺杂还显著提高了材料的光热转换效率，使其在近红外光照射下能快速升温，这为光热抗菌治疗提供了可能。

水凝胶基质的性能也得到了详细研究。引入SA和TA不仅增强了水凝胶的机械强度和粘附性，TA中的邻苯二酚结构还赋予了材料优异的抗氧化特性。水凝胶表现出快速的自愈合能力，剪切后能在短时间内恢复其结构完整性。降解实验表明，在模拟伤口微环境（如存在H₂O₂、弱酸性条件）下，水凝胶能够可控降解。

在生物学功能评估中，该复合水凝胶对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）均展现出强大的、持续的抗菌效果，这归因于H₂O₂产生的ROS和光热效应的协同作用。细胞实验证实，该材料能有效清除细胞内过量的ROS，保护细胞免受氧化损伤。更重要的是，在巨噬细胞系中，该材料处理成功诱导了巨噬细胞从促炎的M1表型向抗炎的M2表型转化，这通过特征性细胞因子表达的变化和细胞表面标志物的检测得到验证。这种免疫调节功能对于控制糖尿病伤口的慢性炎症至关重要。

Conclusion部分：

在本研究中，我们成功合成了形貌均匀、结晶度高的Co-FeS₂纳米酶。与传统的纳米酶配方相比，这些纳米酶表现出更优异的POD样和SOD样活性、增强的光热性能以及强大的ROS清除能力。将Co-FeS₂纳米酶与H₂O₂一同掺入基于PVA-硼砂交联、并经SA和TA修饰的多功能水凝胶体系中，最终得到的复合材料展现出卓越的抗菌、抗氧化、抗炎和促血管生成特性。体内实验使用糖尿病小鼠伤口模型进一步验证了其加速伤口愈合的功效。这项工作为慢性伤口（尤其是糖尿病伤口）的治疗提供了一种经济有效的医疗材料选择和坚实的理论基础。