基于GelMA/GA/Fe2+双网络生物源水凝胶负载ADSCs的糖尿病创面微环境调控与再生修复

《Materials Today Bio》：Multifunctional bio-derived hydrogel loaded with ADSCs for promoting diabetic wound healing

　　

脂肪来源间充质干细胞（ADSCs）在糖尿病足溃疡（DFUs）中具有治疗潜力，但其疗效受慢性创面恶劣微环境导致的细胞存活率低所限。研究人员开发了一种由甲基丙烯酰化明胶（GelMA）、甘草酸（GA）与亚铁离子（Fe2+）构成的多功能生物源水凝胶，将ADSCs与局部微环境调控相整合，靶向持久炎症、血管生成障碍与氧化应激等病理挑战。该水凝胶具备抗菌、抗氧化及促血管生成活性，可加速糖尿病创面愈合，增强再上皮化与胶原沉积，并诱导巨噬细胞向修复型M2表型极化，从而改善创面微环境。结果表明，GelMA/GA/Fe@ADSCs水凝胶是一种具转化潜力的再生治疗策略，适用于DFUs及其他慢性创面。

《Materials Today Bio》刊发的这项研究针对糖尿病足溃疡（DFUs）治疗困境展开。糖尿病个体终身发生DFUs风险达15%至25%，其创面因持续高血糖、慢性炎症、血管生成受损、细菌感染及活性氧（ROS）过度蓄积而停滞愈合；标准清创与血运重建难以纠正细胞层面功能障碍。脂肪来源间充质干细胞（ADSCs，adipose-derived stem cells）可通过旁分泌调控炎症、促血管与上皮化，但直接注射易泄漏、留存差，高糖与氧化风暴迅速诱导其凋亡。现有合成水凝胶生物活性不足，天然水凝胶力学与降解性能欠佳。为此，研究人员构建GelMA/GA/Fe@ADSCs双网络生物源水凝胶：以光交联GelMA模拟细胞外基质（ECM）刚度，GA提供抗炎抗氧化，Fe²⁺与GA配位成超分子次网络并协同抗菌，封装ADSCs以保护其免受氧化损伤、延长旁分泌功能。

主要关键技术方法包括：以STZ诱导糖尿病大鼠（空腹血糖≥16.7 mmol/L）建立背部直径1 cm全层创面队列，分组为PBS、ADSCs、GA/Fe、GelMA/GA/Fe、GelMA/GA/Fe@ADSCs；通过SEM、核磁与红外解析双网络结构；采用CCK-8、活死染色、溶血实验评估生物相容性；以划痕实验、Matrigel成管与Western blot检测迁移及血管生成信号；流式分析巨噬细胞CD86/CD206表型；ROS荧光与菌落计数评价抗氧化抗菌；组织学采用H&E、Masson、IHC与免疫荧光量化再上皮化、胶原、血管与炎症因子。

研究结果如下。

水凝胶表征：SEM显示多孔结构利于ADSCs均匀封装；FTIR与流变证明GA-Fe配位增强双网络刚度与形状恢复；溶胀与BSA-FIT释放显示双网络受限吸水并延缓蛋白突释。

生物相容性与迁移：提取物溶血率低于5%，ADSCs高存活；高糖下GelMA/GA/Fe@ADSCs使L929与HaCaT划痕闭合率分别约68%与85%，优于对照组。

促血管生成：HUVEC成管实验显示载细胞组网格数最高；Western blot表明p-AKT/AKT、p-mTOR/mTOR、HIF-1α与VEGF上调，LY294002可逆转，提示PI3K/AKT/mTOR与HIF-1α/VEGF轴参与。

免疫与抗氧化：LPS刺激的RAW264.7中CD206/CD86比升高，倾向M2样极化；高糖L929内ROS荧光强度显著降低。

抗菌与抗生物膜：GA/Fe与GelMA/GA/Fe对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌菌落及生物膜 biomass 明显抑制，双网络进一步优化。

体内创面愈合：11天内载细胞组残余创面最小、趋近闭合；H&E与Masson示组织宽度最小、胶原体积分数约58%；CD31/α-SMA密度增高，IL-10上调、TNF-α与iNOS下调、CD206/iNOS比提升，DCFH-DA荧光最低，证实血管化、抗炎与抗氧化协同。

讨论与结论翻译：本研究制备了GelMA/GA/Fe@ADSCs多功能生物源水凝胶，将干细胞治疗与局部微环境调控整合，以应对糖尿病创面修复的关键难题。水凝胶表现出抗菌与ROS清除能力，缓解慢性创面的炎症与感染；GA与Fe²⁺配位增强结构性能，双网络实现蛋白缓释，光交联GelMA提供类ECM支架并支持ADSCs存活。封装ADSCs通过促血管与免疫调节进一步增强再生：体内加速闭合，组织学证实上皮再生、胶原重塑及巨噬细胞向修复型M2表型极化。研究尚缺与市售敷料头对头比较，长期ADSCs存活与疗效待验证；未来可借助ADSCs预处置或基因改造提升持久性。该平台为DFUs及其他慢性创面提供了具转化潜力的再生医学新范式。

Xuemei Yuan、Haiting Zou、Jiaye Li、Jingyi Chen、Fengyuan Wang、Jue Zhang、Qianting Zhang、Ming Chen、Yue Lin、Dongfeng Zheng、Guopu Chen的工作显示，材料—细胞—免疫微环境三者协同是难愈创面突破的核心路径。