《Frontiers in Biomaterials Science》：Immunotechnology-based toolbox for care of chronic wounds
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伤口愈合是一个复杂的自然过程，包含炎症期、增殖期和重塑期等重叠序列。所有阶段均涉及免疫细胞及其分泌分子，包括巨噬细胞、中性粒细胞和细胞因子。在慢性伤口（如糖尿病溃疡和恶性/蕈样伤口）中，这一过程发生失调，愈合在完成前停滞。通用免疫调节和靶向免疫工程方法构成了重
伤口愈合是一个复杂的自然过程，包含炎症期、增殖期和重塑期等重叠序列。所有阶段均涉及免疫细胞及其分泌分子，包括巨噬细胞、中性粒细胞和细胞因子。在慢性伤口（如糖尿病溃疡和恶性/蕈样伤口）中，这一过程发生失调，愈合在完成前停滞。通用免疫调节和靶向免疫工程方法构成了重置愈合过程的强大工具箱。本综述首先提供了免疫系统组分参与伤口愈合的背景知识，以及在受损伤口愈合过程中这些组分的失调情况。随后讨论了目前关于免疫调节和免疫工程应用于慢性伤口护理的知识现状。免疫调节方法利用干细胞或细胞外囊泡来调控炎症并防止细胞衰老，从而促进组织再生。免疫工程方法涵盖使用DNA纳米颗粒辅助组织再生，以及适配体-抗体偶联物控制炎症。最后，讨论了能够实时感知并提供必要蛋白质和药物以重置伤口愈合的治疗诊断装置。
论文主体内容总结
2 哪些过程通常在慢性伤口中失调？
伤口无法愈合的一个关键因素是炎症期的延长。炎症是身体对物理、化学或微生物入侵的防御机制的一部分。急性炎症（如急性伤口正常愈合中的炎症）可持续数分钟至数天，主要由先天免疫系统中的多形核中性粒细胞（PMNs）介导。在慢性伤口中，除感染外，坏死组织上的损伤相关分子模式（DAMPs）、微血管损伤、缺血再灌注损伤以及代谢问题（如糖尿病伤口中的高血糖和氧化应激）也会导致炎症持续。细胞衰老和神经病变也在特定情况下加剧了这一过程。这些因素使先天免疫相关细胞（特别是中性粒细胞和巨噬细胞）锁定在促炎表型。此外，约60%-80%的慢性伤口中存在生物膜。
炎症的肿胀部分源于血管变化。受伤组织、巨噬细胞和肥大细胞释放的介质引起血管舒张，增加血流量并促使白细胞迁移至损伤部位。炎症期间，血小板、巨噬细胞和干细胞侵入伤口区域，释放生长因子促进成纤维细胞激活，为向增殖期过渡奠定基础。终止炎症步骤涉及促炎细胞因子（IL-1、TNF-α、IL-6、IL-12）的抑制剂及其可溶性受体，以及止血和血栓形成系统的抑制剂，同时抗炎细胞因子（IL-4、IL-10、TGF-β）的释放共同关闭炎症反应。
在慢性伤口中，炎症期延长，需要治疗干预来抑制炎症以恢复愈合。关键事件是M1型巨噬细胞（分泌TNF-α、IL-1β、IL-6等）未能转变为M2型巨噬细胞（分泌修复性生物制剂如IL-10、TGF-β和精氨酸酶1）。虽然巨噬细胞活化传统上被归类为二元M1（经典活化）与M2（替代活化）范式，但慢性伤口的多样化和变化微环境会刺激形成具有重叠功能的多重巨噬细胞表型。单细胞转录组学和功能谱分析研究表明这些表型的转变是动态的。M2a、M2b、M2c和M2d亚型显示不同的细胞表面标志物。CD86和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的高表达表明促炎和细胞毒性状态，而CD206和精氨酸酶-1（Arg1）的高表达则反映修复状态，有助于胶原合成和细胞外基质重建。在感染期间，病原体释放有利于M2表型形成的分子，而宿主细胞则偏好M1以消灭病原体。
以糖尿病足溃疡（DFU）为例，高血糖阻断M1向M2的转换，促炎细胞因子维持炎症，特别是TNF-α和IL-1β抑制角质形成细胞和成纤维细胞的迁移和增殖，阻止伤口闭合。晚期糖基化终末产物的形成触发NF-κB级联反应，也延长了炎症。从炎症角色向重建阶段的过渡还需要基质金属蛋白酶（MMPs）由其组织抑制剂（TIMPs）调控，但在慢性伤口中，这一调控失效，导致MMPs持续水解细胞外基质（ECM）成分，阻碍新组织重建。
3 慢性伤口护理中的免疫调节与免疫工程
免疫系统在伤口愈合中起关键作用，慢性伤口发生在这些愈合过程受阻时。基于免疫学的工具箱包括三大类策略：免疫调节（调控免疫细胞表型及其效应功能的转变，使炎症过程被愈合和修复阶段取代）、免疫工程（利用工程化生物材料，包括纳米颗粒、细胞疗法和新型治疗递送设计，以时空方式调控免疫反应）以及再生免疫工程（确保免疫活性与组织重建一致，重点在于结束慢性炎症，包括将促炎巨噬细胞表型转化为M2亚型、ECM重塑和组织再生）。这些技术并非被动递送平台，其物理化学性质本身就是一种免疫调节信号。表面化学、基底刚度、孔隙率、降解速率、溶胀行为、氧气渗透性、释放动力学以及电学和力学线索共同塑造材料所创造的免疫微环境。
3.1 细胞外囊泡及其在免疫调节中的应用
细胞外囊泡（EVs）是由脂质双层包裹的小囊泡，由所有细胞类型释放用于细胞间通讯。它们是细胞-free载体，可在邻近或远端细胞之间转移蛋白质、脂质、核酸或代谢物。外泌体（30-150nm）、微囊泡（100-1,000nm）和凋亡小体（50-5,000nm）是主要类型。与脂质体相比，EVs是天然存在的，其脂质双层组成更复杂多样。EVs带负电荷，并拥有源自母细胞的多种膜蛋白。这种表面化学差异决定了其在伤口部位的免疫调节结果。工程化EVs在递送治疗性蛋白质方面具有巨大潜力，能够将蛋白质呈递在膜上或腔内。EVs还携带碳水化合物和类似于ECM的蛋白聚糖，可归巢至与其母细胞相似的细胞，并已被探索用于“特洛伊木马靶向治疗”。EVs具有更好的稳定性和安全性，不产生炎症或细胞死亡，凋亡EVs还能清除坏死组织和细胞碎片，促进组织修复。
3.2 干细胞促进慢性伤口愈合
干细胞疗法通常包括四大支柱：确定合适的细胞来源、选择合适的递送方法、激活关键的治疗作用机制以及最终实现积极的临床结果。干细胞干预通过旁分泌信号传导、炎症细胞表型转换和新血管形成来靶向非愈合伤口的关键瓶颈。然而，尽管临床前模型常显示出近乎完全的皮肤恢复，但向临床疗效的转化仍存在变异性且大多处于研究阶段。间充质干细胞（MSCs）是成体干/祖细胞，可从骨髓、脂肪组织、牙髓中获取。MSCs在慢性伤口中的免疫调节作用主要通过旁分泌机制发挥，促进伤口部位细胞的存活、迁移和增殖。来自脂肪组织的MSCs因其更易获取而被更频繁地用于临床目的。粗制组分（如基质血管组分或骨髓单个核细胞）在促进血管生成和骨生成方面效果更好，表明多种细胞的协同作用有益。内皮祖细胞（EPCs）通过循环祖细胞的转化促进血管生成。诱导多能干细胞（iPSCs）可克服胚胎干细胞同种异体使用的限制，但存在恶性肿瘤风险。骨髓干细胞抑制细胞毒性T细胞和B细胞以逆转慢性伤口的促炎条件，并通过分泌抗菌肽LL-37控制感染。MSCs在伤口愈合的所有阶段都有用，它们建立止血和伤口闭合，通过抗炎细胞因子IL-10和TGF-β控制炎症，下调NF-κB/NLR家族含吡啶结构域蛋白3并促进M2巨噬细胞形成。虽然MSCs可能分化为成纤维细胞、内皮细胞和角质形成细胞，但这一过程的直接参与程度仍有争议。MSCs的细胞外囊泡通过旁分泌信号在伤口愈合中非常有用。
3.3 免疫工程方法
除了免疫调节方法，免疫工程也正在发展成为慢性伤口护理的强大工具。使用编码VEGF的DNA纳米球和靶向Toll样受体的适配体可增强获得性免疫反应，或使用细胞因子来抑制细胞因子风暴。治疗诊断学方法也有潜力，例如利用近红外传感器检测感染引起的低温，并通过集成的紫外触发LED释放抗生素。通过水凝胶敷料递送的抗菌蛋白酶抑制生物膜形成并破坏现有生物膜。基于猪真皮基质负载姜黄素和掺镁玻璃纳米颗粒的水凝胶，通过姜黄素控制感染后，金属离子抑制多种促炎通路。最近描述的一种智能纳米纤维贴片可抑制炎症因子并促进血管生成。值得注意的是，除非通过所谓的“再生免疫工程”实现M1向M2巨噬细胞的复位，否则生长因子递送的免疫调节方法往往效果不佳。
3.4 感染与伤口微生物组
慢性伤口中的持续性感染是由于病原体存在于胞外多糖基质内形成生物膜，抵抗免疫功能并逃避抗菌治疗。生物膜相关的微生物相关分子模式（MAMPs），如脂多糖（LPS）、肽聚糖和鞭毛蛋白，被浸润免疫细胞上的模式识别受体（PRRs）（如Toll样受体TLR2、TLR4）识别。这种PRR和细胞因子受体信号传导使巨噬细胞保持在M1状态，持续分泌促炎细胞因子、活性氧（ROS）和基质金属蛋白酶，降解新生ECM和生长因子，阻碍向愈合和修复阶段的过渡。免疫调节方法可通过破坏生物膜来帮助治疗，例如使用水解酶破坏胞外多糖包膜，或通过水凝胶递送群体感应抑制剂。工程化生物材料如阳离子聚合物刷可用于结合LPS内毒素的脂质A，静电隔离循环阴离子内毒素。纳米酶（如CeO2、MnO2）已被尝试用于降低氧化应激。通过智能载体递送细胞因子（如IL-4和IL-10）重新编程巨噬细胞为M2表型也是一种尝试。
4 结论与未来展望
慢性伤口的愈合位于免疫学、再生医学、治疗诊断学和智能生物材料的交叉领域，其中表面、机械和降解相关的设计参数与这些材料所携带的生物分子一样对治疗效果至关重要。带有集成电子设备的可穿戴设备、远程医疗以及人工智能显然是已经敲响现在之门的未来组成部分。免疫技术工具箱将继续成为这些未来发展的核心。
