装载有脐带间充质干细胞来源外泌体的热敏性猪无细胞真皮基质水凝胶，用于糖尿病伤口修复

《Biomaterials Advances》：Thermosensitive porcine acellular dermal matrix hydrogel loaded with umbilical cord mesenchymal stem cell-derived exosomes for diabetic wound healing repair

糖尿病伤口愈合外泌体水凝胶载药系统构建及作用机制研究。采用溶胶-凝胶法制备热敏性脱细胞真皮基质（dECM）水凝胶负载脐带间充质干细胞外泌体（EXO），显著提升糖尿病大鼠皮肤伤口（14天愈合率97.4±2.6%）修复效果，通过调控PI3K-Akt/ECM受体通路实现抗炎、促血管生成和代谢优化协同作用。

　　糖尿病是一种全球范围内影响深远的慢性代谢性疾病，其中，2型糖尿病（T2DM）患者因长期高血糖状态而面临严重的皮肤伤口愈合障碍。这一问题不仅影响患者的生活质量，还可能引发一系列并发症，如感染、坏疽和截肢。因此，探索有效的治疗方法以改善糖尿病患者的伤口愈合能力，成为医学研究中的一个重要课题。在这一背景下，科学家们尝试通过创新材料和生物技术手段，开发出具有多功能性的新型治疗策略。

当前，糖尿病伤口的愈合障碍主要源于多个病理生理机制的共同作用。首先，高血糖环境会导致微血管功能障碍，从而影响组织的供血和营养供应。其次，周围神经病变使得患者对伤口的感知能力下降，增加了感染风险和自我护理难度。此外，慢性炎症状态会抑制正常的组织修复过程，导致伤口愈合延迟。这些因素相互作用，使得糖尿病伤口成为临床治疗中的难点。传统治疗方法如清创术、敷料更换和外科手术虽然在一定程度上能够促进伤口愈合，但往往存在操作繁琐、恢复周期长、感染风险高以及免疫排斥反应等问题，难以满足患者对高效、安全和微创治疗的迫切需求。

近年来，随着生物材料和细胞工程技术的发展，研究人员开始关注利用细胞外囊泡（exosomes）和生物支架材料来改善糖尿病伤口的修复效果。细胞外囊泡，特别是来源于间充质干细胞（MSCs）的囊泡，因其具有调节炎症反应、促进血管生成和增强细胞增殖的能力而备受关注。同时，脱细胞基质（dECM）作为天然的生物支架材料，因其具有良好的生物相容性和结构完整性，能够模拟正常组织的微环境，为细胞提供适宜的生长和迁移条件，被广泛应用于组织工程和再生医学领域。基于这些特性，将细胞外囊泡与脱细胞基质相结合，可能为糖尿病伤口提供一种全新的治疗方案。

本研究中，科研团队结合细胞外囊泡技术和溶胶-凝胶技术，构建了一种热敏性的猪源脱细胞真皮基质（dECM）水凝胶，并将其负载了人脐带间充质干细胞来源的细胞外囊泡（HUCMSCs-EXO）。这种新型水凝胶不仅具备良好的注射性、热敏性凝胶化能力（在37℃下迅速凝胶化），还具有可控的降解性能和持续的细胞外囊泡释放特性。通过实验验证，该水凝胶在体外能够有效促进细胞的存活、增殖和迁移，同时还能诱导内皮细胞形成管状结构，这对于血管生成至关重要。在糖尿病大鼠的全层皮肤伤口模型中，该水凝胶表现出显著的促愈合效果，14天的愈合率达到97.4±2.6%，明显优于其他对照组。

从组织学和免疫组织化学分析来看，dECM@EXO水凝胶能够显著增强伤口部位的血管密度，同时提高M2型巨噬细胞的比例，这有助于减轻炎症反应并促进组织修复。此外，该水凝胶还能降低CD68阳性巨噬细胞和HSP70的表达水平，进一步表明其具有良好的抗炎特性。在细胞增殖方面，Ki67阳性细胞的比例增加，说明该水凝胶能够有效促进细胞的分裂和再生，这对于伤口愈合过程中的组织修复至关重要。

在分子机制层面，转录组测序分析显示，dECM@EXO水凝胶能够上调与PI3K-Akt信号通路和细胞外基质-受体相互作用等相关的基因表达，从而增强细胞的增殖和血管生成能力。同时，该水凝胶还能下调与胰岛素抵抗和葡萄糖代谢相关的基因，改善局部微环境，为细胞提供更加适宜的修复条件。这些分子层面的调控作用，使得该水凝胶能够在多个维度上促进糖尿病伤口的愈合，包括抗炎、血管生成和代谢调节。

从材料科学的角度来看，猪源脱细胞真皮基质（ADM）因其来源广泛、成本低廉以及良好的生物相容性，成为理想的基质材料。通过脱细胞处理，可以去除动物源性细胞成分，保留主要的细胞外基质成分，如胶原蛋白、弹性蛋白、生长因子和糖胺聚糖等。这些成分不仅能够模拟天然组织的微环境，还为细胞提供了必要的支架结构，有助于细胞的粘附、增殖和迁移。此外，ADM具有自组装能力，能够在体温下形成凝胶结构，从而防止液体泄漏并保持伤口的稳定性。这种特性使得ADM在作为伤口修复材料时，能够提供良好的物理支持，同时避免对周围组织的二次损伤。

在构建dECM@EXO水凝胶的过程中，科研团队采用了溶胶-凝胶技术，这是一种通过化学反应形成凝胶结构的方法，能够实现对材料物理特性的精确调控。该技术的优势在于能够赋予材料良好的注射性和可降解性，使其能够适应不同类型的伤口需求。此外，通过调整溶胶-凝胶的条件，可以优化水凝胶的结构和性能，从而提高其在伤口修复中的应用效果。在体外实验中，水凝胶表现出良好的生物相容性，未对细胞产生毒性作用，同时能够有效释放负载的细胞外囊泡，确保其在伤口部位的持续作用。

在临床转化方面，这种新型水凝胶具有重要的应用潜力。首先，它能够作为一种新型的生物功能材料，为糖尿病伤口提供一个稳定的修复平台。其次，由于其热敏性凝胶化特性，该水凝胶可以在体内温度下迅速形成凝胶结构，从而避免在注射过程中发生泄漏，提高治疗的安全性和有效性。此外，其可控的降解性能可以与伤口愈合的自然过程相匹配，避免材料残留对组织造成不良影响。这些特性使得dECM@EXO水凝胶在临床应用中具有较高的可行性。

从治疗效果来看，dECM@EXO水凝胶不仅能够促进伤口的愈合，还能改善伤口愈合后的组织结构和功能。例如，通过增加血管密度和调节巨噬细胞极化，该水凝胶能够有效缓解慢性炎症，提高组织的修复能力。同时，其对细胞增殖和代谢的调控作用，有助于改善糖尿病患者因高血糖引起的组织修复障碍。这些综合的生物学效应，使得该水凝胶在治疗糖尿病伤口方面展现出显著的优势。

在实际应用中，这种新型水凝胶可能被用于多种类型的糖尿病伤口，包括糖尿病足溃疡（DFUs）和慢性难愈合性伤口。通过局部注射或敷贴的方式，该水凝胶能够直接作用于伤口部位，提供持续的治疗效果。此外，其可注射性使得该材料适用于微创手术，减少了患者的创伤和恢复时间。这些特点不仅提高了治疗的便捷性，还降低了患者的治疗负担。

然而，尽管该水凝胶在实验中表现出良好的治疗效果，但在临床应用中仍需进一步验证其安全性和有效性。例如，需要评估其在不同人群中的适用性，以及是否存在长期的免疫反应或材料降解产物的潜在毒性。此外，还需要探索其与其他治疗方法的联合应用，以进一步提高治疗效果。同时，考虑到糖尿病患者的个体差异，如何根据患者的病情和伤口特征，优化水凝胶的配方和使用方式，也是未来研究的重要方向。

综上所述，本研究通过结合细胞外囊泡技术和脱细胞基质材料，开发出一种具有多功能性的新型水凝胶，为糖尿病伤口的修复提供了新的思路和方法。该水凝胶不仅能够有效促进伤口愈合，还能改善局部微环境，提高组织修复的质量。其良好的生物相容性、可控的降解性能和持续的细胞外囊泡释放特性，使其在临床应用中具有广阔的前景。未来，随着相关研究的深入，这种新型水凝胶有望成为糖尿病伤口治疗的重要工具，为患者带来更好的治疗效果和生活质量。