持续释氧水凝胶植入物通过促进轻度缺氧下的线粒体生物合成增强皮瓣再生

为解决随机皮瓣远端缺血坏死问题，研究人员开发了含0.2%过氧化钙微球（cOMP）的明胶甲基丙烯酰（GelMA）水凝胶（cOMP-GelMA），通过调控HIF-1α/PGC-1α通路增强血管生成与线粒体功能，使大鼠皮瓣存活率提升至54.2%，为缺血组织修复提供新策略。

　　

在整形外科和再生医学领域，随机皮瓣移植是修复组织缺损的常用手段，但远端缺血性坏死始终是临床难题。传统的高压氧疗法因氧供应短暂且可能引发全身性高氧风险，效果有限；而经皮氧输送装置则受限于皮肤渗透性不足。更棘手的是，严重缺氧会破坏线粒体ATP合成，导致乳酸堆积、能量耗竭和氧化应激，最终抑制血管生成和细胞外基质合成。如何精准调控局部氧环境，成为突破组织再生瓶颈的关键。

针对这一挑战，来自首尔大学医院的研究团队在《Bioactive Materials》发表了一项创新研究。他们设计了一种可植入的催化酶涂层释氧微球（cOMP）复合水凝胶系统，通过持续释放氧气创造轻度缺氧环境，成功激活了HIF-1α和PGC-1α依赖的修复通路。这项研究不仅首次在大规模（3×9 cm²）动物模型中验证了可控氧递送的效果，更为缺血性疾病的治疗提供了全新思路。

研究团队采用了多项关键技术：通过双乳化法合成包裹CaO₂的聚己内酯（PCL）微球（OMP），并用高取代度GelMA固定过氧化氢酶（catalase）构建cOMP；采用动态光散射（DLS）和全息断层扫描（HT）分析微球分布；建立大鼠随机皮瓣模型评估不同浓度cOMP-GelMA（0.2%与0.5%）的治疗效果；结合激光多普勒血流成像（LDBF）和免疫组化分析血管再生与线粒体功能。

3.1. cOMP-GelMA水凝胶的构建与表征
研究通过核心-壳结构设计，使CaO₂微球（RI=1.343）被PCL（RI=1.352）包裹，形成粒径1-3 μm的均匀分散体系。0.2% cOMP组在7天内维持约5.1 μmol/L的氧释放，同时过氧化氢（H₂O₂）含量降至3.8 μM，显著低于未涂层组（14.4 μM）。流变学测试显示其储能模量（1200 Pa）与真皮层力学特性匹配。

3.4. 细胞相容性与迁移促进
在0.1%氧的极端缺氧条件下，0.2% cOMP-GelMA培养7天后的人真皮成纤维细胞（HDF）存活率显著高于对照组，细胞伸展形态更明显。划痕实验证实，0.2%组在12小时内促HDF迁移率达60.3%，而人脐静脉内皮细胞（HUVEC）在0.5%氧环境下迁移率提升至24.2%，表明其促血管化潜力。

3.5. 皮瓣存活与血流改善
大鼠实验显示，0.2% cOMP-GelMA组7天皮瓣存活面积达54.2%，显著高于对照组（22.6%）和纯GelMA组（35.9%）。激光多普勒显示其缺血区域减少至初始值的0.47倍，血流灌注改善最显著。

3.6-3.9. 多维度机制解析
组织学分析发现0.2%组炎症细胞减少50%以上，同时皮肤厚度增加1.8倍。免疫荧光显示CD31⁺/α-SMA⁺成熟血管密度提升3倍，血管直径扩大2.5倍。分子机制上，HIF-1α和PGC-1α在真皮层共定位表达，驱动VEGF上调；线粒体生物合成标志物NRF-1阳性细胞增加4倍，凋亡细胞减少60%。抗氧化方面，SOD2表达提升2倍，8-OHdG阳性细胞减少70%，证实其通过p65/NF-κB通路抑制炎症。

这项研究开创性地证明：适度氧调控（0.2% cOMP）比高浓度（0.5%）更有效，其通过双重激活HIF-1α（缺氧诱导因子）和PGC-1α（过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α），同步促进血管新生与线粒体功能重建。这种"轻度缺氧"策略不仅解决了传统氧疗法无法维持局部稳态的难题，更通过催化酶涂层技术规避了ROS毒性，为心肌梗死、糖尿病足等缺血性疾病提供了可扩展的治疗平台。未来结合生长因子或干细胞递送，有望实现更复杂的组织再生应用。