光动力可调ROS生成水凝胶加速组织再生的机制研究与应用

为解决慢性伤口愈合缓慢和瘢痕形成等临床难题，研究人员开发了一种LED光控活性氧(ROS)释放的透明质酸(Ce6-HA)水凝胶。通过体外实验证实该材料能显著促进成纤维细胞/角质形成细胞增殖和血管生成，动物实验显示其可加速伤口闭合并上调关键生长因子(EGF/VEGF)表达。这项发表于《Bioactive Materials》的研究为可控ROS递送系统在创面修复中的应用提供了新策略。

　　

慢性伤口愈合一直是临床面临的重大挑战，传统治疗方法存在组织再生效率低、瘢痕形成等问题。活性氧(ROS)在伤口修复中扮演着"双刃剑"角色——适量ROS可促进细胞增殖和血管生成，但过量则会导致氧化损伤。如何精确调控ROS的时空释放成为突破这一困境的关键。

延世大学实验室动物研究中心的Seung Hee Hong团队在《Bioactive Materials》发表创新性研究，通过将光敏剂氯e6(Ce6)与透明质酸(HA)结合，开发出可被LED光精确调控的ROS释放水凝胶系统。研究人员采用DPBF吸光度法证实Ce6-HA的ROS释放量与光照强度/时间呈正相关。体外实验显示，100 μW/cm²照射30分钟的条件最优，可使成纤维细胞(NHDF)增殖提高15%，角质形成细胞(HaCaT)增殖提高20%，并通过激活ERK1/2、p38 MAPK和AKT信号通路促进细胞周期进展。特别值得注意的是，该水凝胶还能增强内皮细胞(HUVEC)的管形成能力，其效果接近阳性对照VEGF组。

在动物实验中，研究人员建立了Balb/c裸鼠全层皮肤缺损模型。与对照组相比，Ce6-HA联合LED照射组(CHL)在第7天就显示出显著的伤口收缩，组织学分析显示其表皮再生更完整，真皮层胶原沉积更丰富。免疫组化证实CHL组增殖细胞核抗原(PCNA)、CD31(血管内皮标志物)和波形蛋白(成纤维细胞标志物)表达显著上调。ELISA检测显示该组表皮生长因子(EGF)和血管内皮生长因子(VEGF)水平明显升高，而巨噬细胞标志物CD68的表达模式与对照组相似，证明ROS水平控制在生理耐受范围内。

关键技术方法包括：1)通过EDC/NHS偶联合成Ce6-HA水凝胶；2)建立定制化660 nm LED光照系统；3)采用DPBF法量化ROS生成；4)CCK-8检测细胞增殖；5)流式细胞术分析细胞周期；6)Western blot检测p-ERK1/2等信号蛋白；7)小鼠全层皮肤缺损模型评估愈合效果；8)组织学(H&E和Masson染色)与免疫组化分析。

主要研究结果包括：

1. ROS生成特性：证实Ce6-HA的ROS释放具有光照强度和时间依赖性，50-1000 μW/cm²范围内呈线性关系。
2. 成纤维细胞响应：最佳光照条件使细胞S期比例从12.6%提升至28.3%，cyclin D1表达上调，胶原分泌量增加。
3. 角质形成细胞激活：ROS通过p38-MAPK通路促进HaCaT迁移，但对氧化应激更敏感，需严格控制照射参数。
4. 血管生成促进：水凝胶处理组的管形成能力接近VEGF阳性对照，但未观察到HUVEC直接增殖。
5. 动物实验验证：CHL组伤口闭合速度最快，21天时已形成完整的皮肤附属器结构。

这项研究的突破性在于首次实现了光控ROS水凝胶的时空精确调控，解决了传统ROS递送系统不可控释放的难题。通过将光动力疗法与生物材料相结合，研究人员建立了一个可动态调节的微环境调控平台。该技术不仅适用于创面修复，还可拓展到其他需要精确控制氧化还原平衡的再生医学领域。特别值得注意的是，研究证实适度ROS能同时激活多条修复通路(包括ERK、p38和AKT)，这种多靶点协同作用为开发新型"智能"敷料提供了理论依据。未来通过优化光照参数和水凝胶成分，有望开发出更安全有效的临床治疗方案。