葡萄糖响应型水凝胶智能释放胰岛素调控高糖微环境促进糖尿病创面愈合

《Biomaterials》：Glucose-Responsive Hydrogel with Adaptive Insulin Release to Modulate Hyperglycemic Microenvironment and Promote Wound Healing

（编辑推荐）本研究开发了一种基于苯硼酸酯键和钙离子螯合的双网络水凝胶（AP/SA gel），通过葡萄糖响应机制实现胰岛素（Insulin）的智能释放。该材料能精准调控糖尿病创面高糖微环境，同步激活PI3K/Akt通路促进细胞增殖与血管新生，为糖尿病慢性伤口治疗提供了兼具血糖调控与组织再生功能的创新解决方案。

　　

Highlight

本研究开发了一种双交联水凝胶系统（AP/SA gel），通过苯硼酸酯键（PBA-SA相互作用）与钙离子介导的钠藻酸盐（SA）螯合相结合，构建出具有优异生物安全性的智能伤口敷料。如Scheme 1所示，经苯硼酸（PBA）修饰的氨基明胶（AP）与含二醇基团的SA形成动态交联，优化AP/SA/Ca²⁺比例后成功制备水凝胶。苯硼酸酯键赋予材料高糖环境下的胰岛素精准释放能力，而钙离子螯合作用有效延缓水凝胶在含水环境中的降解——这种双重设计显著提升了材料的机械稳定性和葡萄糖响应特异性。

Materials

鱼皮明胶（100 g）、乙二胺（100 mL）、钠藻酸盐、链脲佐菌素（STZ）购自Sigma-Aldrich公司；胰岛素、CCK-8试剂盒、活死细胞染色试剂盒购自Solarbio公司；L929细胞和HUVEC细胞源自ATCC；细胞培养基与血清购自Thermo Fisher公司。

Fabrication and Characterization of AP/SA gel

苯硼酸可通过明胶的氨基进行接枝，但动物源性明胶活性位点不足导致接枝率低（图1A）。为此采用乙二胺对明胶进行化学修饰，通过羧基转化增加氨基密度，显著提升PBA接枝效率。

Conclusion

该水凝胶敷料在糖尿病创面治疗中展现出三重优势：1）高糖环境触发智能释药行为；2）双交联策略延缓降解实现胰岛素持续控释；3）优异的自愈合性和可注射性。体外实验证实材料具有良好的细胞相容性，动物实验显示其能同步降低创面局部血糖并促进血管新生，为糖尿病伤口治疗提供了新型解决方案。