负载富勒烯超分子复合物的水凝胶促进糖尿病慢性伤口愈合的机制研究

糖尿病慢性伤口因氧化应激过度导致愈合延迟，临床治疗面临重大挑战。本研究通过将富勒烯C60封装于立方超分子笼6HPB中，构建水溶性6HPB@C60复合物，并负载于海藻酸钠水凝胶，开发出兼具抗氧化与组织修复功能的6HPB@C60凝胶。该凝胶通过清除活性氧(ROS)、调控巨噬细胞极化、促进胶原沉积和上皮再生，显著加速糖尿病大鼠伤口愈合，为慢性伤口管理提供新策略。

　　

糖尿病慢性伤口愈合一直是临床上的难题，全球约25%的糖尿病患者会遭遇伤口延迟愈合、感染甚至截肢的风险。究其原因，高血糖引发的线粒体超氧化物过量产生，导致活性氧(ROS)如羟基自由基、过氧化氢(H₂O₂)和超氧阴离子(O₂^-)在伤口部位过度积累，不仅损伤细胞和生长因子，还引发持续性炎症，阻碍伤口修复。传统治疗方法效果有限，亟需开发新型功能材料来应对这一挑战。

在此背景下，Yue Wang、Hui Fang等研究者将目光投向富勒烯C₆₀——这种具有独特笼状结构的碳纳米材料，因其强大的自由基清除能力被誉为"自由基海绵"。然而，C₆₀的水溶性差限制了其生物应用。研究团队创新性地设计了一种立方超分子笼6HPB，通过精确的分子自组装将C₆₀封装其中，不仅解决了溶解性问题，还完整保留了C₆₀的电子缺陷特性。他们将这一复合物与海藻酸钠(SA)/Ca²⁺水凝胶结合，构建出具有抗氧化和促愈合功能的6HPB@C₆₀凝胶，相关成果发表在《Materials Today Bio》上。

研究团队运用了多项关键技术：通过单晶X射线衍射解析6HPB@C₆₀的分子结构；采用NBT法检测超氧化物歧化酶(SOD)样活性；建立STZ诱导的糖尿病大鼠伤口模型评估治疗效果；利用转录组测序(RNA-seq)分析差异表达基因(DEGs)；通过免疫荧光和Western blot等技术验证关键蛋白表达。

3.1. 6HPB的合成与表征

研究人员首先合成了六苯基苯核心的六聚体HPB，单晶结构显示其在水溶液中自组装成立方体笼状结构(6HPB)，内部形成直径约1.4 nm的疏水空腔，完美匹配C₆₀分子尺寸。

3.2. C₆₀分子的纳米封装

将C₆₀封装入6HPB空腔后，紫外光谱和荧光光谱证实了复合物的形成。分子模拟显示C₆₀与笼结构契合度极高，且保持了原始分子结构。

3.3. 6HPB@C₆₀的SOD活性

NBT显色实验证明，6HPB@C₆₀能有效清除超氧阴离子，呈现剂量依赖性的SOD样活性，为后续抗氧化功能奠定基础。

3.5. 细胞毒性与细胞内抗氧化活性

CCK-8实验显示6HPB@C₆₀在60 nM浓度下可显著减轻H₂O₂诱导的细胞损伤，DCFH-DA检测证实其能清除细胞内80%以上的ROS。划痕实验进一步表明，该复合物可促进皮肤成纤维细胞(HFF-1)迁移。

3.8. 水凝胶加速伤口愈合

在糖尿病大鼠模型中，6HPB@C₆₀凝胶治疗组在第12天伤口闭合率达95%，显著高于对照组(65%)。H&E和Masson染色显示，该凝胶能促进肉芽组织增厚和胶原纤维有序排列，胶原沉积量提高2.3倍。

3.9. 促进上皮再生

免疫组化显示，6HPB@C₆₀凝胶组Ki67阳性细胞数增加3倍，细胞角蛋白10(CK10)表达表明上皮再生完全。α-SMA表达增强证实其可促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化。

3.10. 抗氧化能力

DCFH-DA染色显示，6HPB@C₆₀凝胶使伤口ROS水平降低67%。免疫荧光证实其能促进巨噬细胞向抗炎表型(M2)转化，CD206/CD86比值提高2.1倍。

3.12. 转录组学机制解析

RNA-seq分析发现，6HPB@C₆₀凝胶显著上调钙信号通路、cGMP-PKG通路相关基因。qPCR和WB验证ATP酶Atp2a1表达增加4.8倍，该蛋白参与调控细胞内钙稳态和抗氧化反应。

这项研究通过超分子策略成功解决了富勒烯生物应用的溶解性难题，开发的6HPB@C₆₀凝胶具有三大创新点：一是通过物理封装而非化学修饰保留C₆₀完整结构；二是复合物兼具SOD样活性和ROS清除能力；三是水凝胶体系实现药物的缓释和伤口微环境重塑。动物实验证实，该材料可通过多通路协同作用——包括调控氧化应激、促进胶原沉积、加速上皮再生和巨噬细胞表型转换，显著改善糖尿病伤口愈合质量。

从临床转化角度看，这种基于天然材料海藻酸钠的载药系统具有成本低、安全性高的优势。研究不仅为慢性伤口治疗提供了新思路，其超分子封装策略也为其他疏水性药物的递送提供了借鉴。未来研究可进一步优化凝胶的机械性能，探索其在感染性伤口中的应用潜力。