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糖尿病伤口愈合面临高血糖微环境、细菌感染等挑战。研究人员开发 BGZ@GelMA 纳米复合水凝胶，其含 BA 和 GOx@ZIF-8，可调节亚细胞和细胞功能。结果显示其能抗菌、改善微环境、修复线粒体，为糖尿病伤口愈合提供新策略。
糖尿病作为一种常见的慢性疾病，其引发的并发症严重影响患者生活质量，糖尿病伤口愈合困难便是其中之一。高血糖微环境为细菌提供了繁殖的温床，导致伤口持续感染和炎症；同时，异常的葡萄糖代谢会引发氧化应激，造成线粒体功能障碍和细胞凋亡，抑制成纤维细胞的迁移和增殖，阻碍血管生成，使得伤口缺血缺氧，愈合延迟。如何重塑高血糖和持续炎症的微环境、抑制细菌感染并促进血管生成，成为加速糖尿病伤口愈合的关键挑战。目前，针对糖尿病伤口的治疗方式较为单一，难以应对其复杂的病理机制，因此开发多功能生物材料来挽救高血糖微环境中受损的细胞功能迫在眉睫。
在这样的背景下，山西医科大学的研究人员开展了相关研究，旨在开发一种能够有效解决糖尿病伤口愈合难题的新型材料。他们的研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上，为糖尿病伤口愈合提供了新的思路和策略。
研究人员开发了一种可注射的光交联纳米复合水凝胶（BA/GOx@ZIF-8@GelMA，BGZ@GelMA），该水凝胶基于甲基丙烯酸明胶（GelMA），负载了黄芩素（BA）和葡萄糖氧化酶（GOx）的锌金属有机框架（ZIF-8）。研究中用到的主要关键技术方法包括：纳米颗粒（ZIF-8、BA@ZIF-8、BA/GOx@ZIF-8）和 GelMA 水凝胶的制备，通过扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等对样品进行表征；细胞培养（成纤维细胞 L929 和人脐静脉内皮细胞 HUVECs）；通过 CCK-8 assay、流式细胞术、EDU 细胞增殖 assay 等评估水凝胶的生物相容性；利用细菌菌落计数、活 / 死染色、SEM 等检测水凝胶的抗菌活性；通过 DCFH-DA 和 MitoSOX 探针检测细胞内和线粒体活性氧（ROS）水平；采用划痕实验、Transwell 实验、管形成实验等评估细胞迁移和血管生成能力；进行免疫荧光染色、Western blot（WB）、转录组测序等探究作用机制；建立糖尿病大鼠伤口模型，评估水凝胶在体内的伤口愈合效果。
纳米复合水凝胶的表征
通过 SEM 观察到 ZIF-8 呈规则的十二面体结构，负载 BA 和 GOx 后直径略有增加，表面变得粗糙，部分形态变为球形。FTIR 光谱证实了 BA 和 GOx 成功负载到 ZIF-8 中，XRD 结果显示负载过程未破坏 ZIF-8 的晶体结构。GelMA 的成功合成通过 1H NMR 得以验证，水凝胶具有 3D 多孔网络结构，且具有良好的可注射性。
生物相容性评估
CCK-8 assay 表明，在高葡萄糖炎症环境下，BGZ@GelMA 水凝胶能够促进 HUVECs 和 L929 细胞的增殖，且细胞存活率较高。活 / 死染色显示与水凝胶共培养的细胞活力良好，凋亡率降低。EDU 染色和 Ki-67 staining 进一步证实了水凝胶对细胞增殖的促进作用，且血液相容性良好， hemolysis rate 低。
抗菌活性
细菌菌落计数显示 BGZ@GelMA 水凝胶对金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）的抑制率接近 100%。活 / 死荧光染色和 SEM 观察表明，水凝胶能够破坏细菌的细胞膜和细胞壁，导致细菌死亡。其抗菌机制可能与 Zn2?破坏细菌细胞膜、BA 影响细菌代谢和膜通透性以及多酚类物质增强抗菌效能有关。
保护细胞和线粒体功能，清除 ROS
在高血糖炎症环境下，BGZ@GelMA 水凝胶能够显著降低细胞内和线粒体 ROS 水平，维持线粒体膜电位（ΔΨm）的稳定，表明其能够缓解氧化应激，保护线粒体功能，维持细胞能量代谢。
促进细胞迁移和血管生成
划痕实验和 Transwell 实验显示 BGZ@GelMA 水凝胶能够显著促进 HUVECs 和 L929 细胞的迁移。管形成实验表明水凝胶能够促进 HUVECs 形成管状结构，免疫荧光染色和 WB 分析显示水凝胶能够上调血管内皮生长因子（VEGF）和 CD31 的表达，促进血管生成。
作用机制探究
转录组测序分析表明，BGZ@GelMA 水凝胶调节了过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路和一些代谢通路。PPAR 信号通路参与了皮肤修复的多个阶段，BA 可能通过调节 PPARs 的表达和活性来影响代谢和炎症反应，从而促进伤口愈合。
体内伤口愈合效果
在糖尿病大鼠伤口模型中，BGZ@GelMA 水凝胶组的伤口愈合速度明显快于对照组和 GelMA 组，第 21 天伤口愈合率达到 98.5%。组织学分析显示，水凝胶组的炎症细胞浸润减少，胶原沉积良好，血管生成增加，表明水凝胶能够有效促进糖尿病伤口的愈合。
综上所述，这项研究开发的 BGZ@GelMA 纳米复合水凝胶通过多种机制协同作用，有效解决了糖尿病伤口愈合过程中的关键问题。其通过降低局部葡萄糖和 pH 值，释放 BA 和 Zn2?，发挥抗菌、抗炎、抗氧化和促进血管生成的作用，同时通过 PPAR 信号通路恢复线粒体稳态，改善细胞功能。该研究为糖尿病伤口愈合提供了一种新的多功能治疗策略，在生命科学和健康医学领域具有重要的理论和应用价值，为临床治疗糖尿病伤口提供了新的希望。
