引言
糖尿病（DM）已成为全球性的公共卫生危机。2021年，全球糖尿病患者人数约为5.37亿，预计到2045年这一数字将增加到约7.83亿[1]。糖尿病足溃疡（DFUs）是糖尿病最严重的并发症之一，因为它们常见、易复发、容易感染，并且与残疾、截肢和长期的医疗负担密切相关[2],[3]。感染的糖尿病足溃疡特别难以治疗，因为伤口不仅是开放性的组织缺损，还是一个生物调控失调的微环境，其特征是高血糖、持续炎症、宿主防御功能受损、血管化不良以及细胞外基质（ECM）紊乱[4],[5],[6]。
在生物大分子工程领域，核心问题是如何定制特定的生物聚合物，以引导其在复杂的伤口微环境中的结构特性、功能行为和细胞反应。壳聚糖特别具有相关性，因为它是一种天然来源的氨基多糖，含有阳离子伯胺基团，具有轻微的止血活性、生物相容性和化学交联能力。这些特性使壳聚糖能够形成水合水凝胶网络，可以吸收渗出物、适应伤口表面，并作为生物活性物质的局部储存库[7],[8]。因此，壳聚糖水凝胶不仅仅是一种被动敷料；它可以被设计成一种大分子基质，用于调节治疗模块的局部释放、保留和活性。
糖尿病伤口的难治性源于多种病理机制的耦合。耐药的细菌，如耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），可以在富含葡萄糖的伤口床上定植，形成类似生物膜的社区，并持续释放炎症因子[9],[10]。同时，糖尿病微血管病变和内皮功能障碍会阻碍氧气和营养物质的输送，而过度活跃的基质金属蛋白酶会加速内源性生长因子和ECM成分的降解[11],[12]。感染进一步增加了蛋白酶的负荷和组织损伤，而血管生成不足则限制了肉芽组织和再上皮化的过程[13],[14]。这种反馈循环解释了为什么仅具有保湿或仅具有抗菌功能的敷料往往无法实现持久的愈合效果。
基因激活基质（GAMs）为持续性的局部再生信号传递提供了有希望的途径[15],[16],[17]。在GAM中，生物大分子支架可以保持基因载体的活力，使局部细胞能够在损伤部位产生治疗性蛋白质。对于糖尿病伤口来说，这种策略很有吸引力，因为直接递送重组生长因子可能会受到半衰期短、蛋白酶降解和重复给药需求的限制[18],[19]。然而，许多报道的GAM设计主要侧重于再生信号传递，而感染的糖尿病伤口同时需要控制细菌。因此，结合抗菌和促血管生成功能的基于壳聚糖的GAM可能更能满足感染糖尿病足溃疡的生物学需求。
壳聚糖水凝胶因其大分子胺基团能够进行离子相互作用、共价交联和功能修饰，而被广泛用于伤口修复[20],[21]。最近的研究表明，基于壳聚糖或多糖的网络可以工程化，以实现pH响应性、外泌体传递、生物膜破坏、抗氧化活性和糖尿病伤口修复[22],[23],[24]。更近期的基于壳聚糖的系统将银纳米颗粒（AgNPs）与巨噬细胞调控、一氧化氮递送或肽协调的纳米组装结合在一起，用于糖尿病伤口修复[25],[26],[27]。这些研究支持了一个更广泛的设计原则：水凝胶敷料的生物活性不仅取决于其所负载的药物，还取决于控制膨胀、扩散、机械顺应性和局部细胞-材料相互作用的大分子网络。
尽管如此，纯壳聚糖水凝胶对于感染的糖尿病足溃疡来说仍然不够理想。银纳米颗粒（AgNPs）具有广谱抗菌活性，但聚集和剂量依赖性的细胞毒性可能限制其有效使用[28]。抗菌肽（AMPs）可以与细菌膜相互作用，且不太容易产生抗性，但在富含蛋白酶的伤口液中可能不稳定，高剂量使用成本较高[29]。我们认为，通过静电组装阳离子AMPs与AgNPs可以改善纳米颗粒的分散性，逆转表面电荷，增强与细菌膜的接触，并提高抗菌效率，同时减少对高剂量银的需求[30],[31],[32],[33]。
对于血管修复来说，血管内皮生长因子（VEGF）是促进内皮细胞迁移、管腔形成和新生血管生成最重要的信号之一[34],[35]。在糖尿病伤口中，VEGF信号传导受损与血管化不良和修复延迟有关[11],[19]。编码VEGF的复制缺陷腺病毒（Ad-VEGF）可以产生高效的短暂基因表达，这对于需要局部和限时血管生成的伤口修复非常有用[17],[19]。将Ad-VEGF整合到壳聚糖水凝胶中，有助于将载体保留在伤口界面，并将局部细胞转化为临时产生VEGF的单元。
基于这些考虑，我们开发了CAAV-gel，这是一种基于壳聚糖的基因激活水凝胶，集成了AMP/AgNPs和Ad-VEGF，用于感染糖尿病伤口的修复。在该系统中，壳聚糖提供了生物大分子网络，AMP/AgNPs提供了抗菌作用，Ad-VEGF则实现了局部促血管生成基因的激活。我们在MRSA感染的糖尿病小鼠伤口模型中评估了CAAV-gel的物理化学性质、抗菌活性、内皮细胞反应、细胞相容性和治疗效果，包括单组分治疗组和最终交联凝胶的释放物功能活性。本研究旨在展示如何通过壳聚糖大分子水凝胶协调感染控制和血管生成组织的再生。
章节摘要
材料与试剂
主要试剂：医用级壳聚糖（脱乙酰化程度≥95%，粘度100–200 mPa·s）从北京Solarbio科技有限公司购买。硝酸银（AgNO?）、柠檬酸钠、硼氢化钠（NaBH?）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP, K30）和戊二醛（50%水溶液）为分析级试剂，购自Sigma-Aldrich公司。阳离子两亲性抗菌肽（AMP；由合肥赫声生物科技有限公司定制合成；纯度>95%；序列...
结果
由于CAAV-gel的治疗效果取决于壳聚糖大分子网络和负载的生物活性模块，我们首先表征了AMP/AgNPs界面和Ad-VEGF的活性，然后评估了水凝胶的结构、膨胀性、保水性、机械性能、细胞相容性、内皮细胞调控、抗菌活性以及体内伤口修复效果。
讨论
感染的糖尿病伤口代表了一个病理微环境，在这个环境中，细菌定植、持续炎症和血管生成不足紧密耦合。因此，仅提供抗菌作用或仅提供再生刺激的伤口敷料不太可能完全逆转愈合延迟的状态。在本研究中，CAAV-gel被设计成一种基于壳聚糖的基因激活水凝胶，结合了AMP/AgNPs介导的细菌控制和Ad-VEGF介导的...
结论
总之，我们开发了CAAV-gel，这是一种基因激活的壳聚糖水凝胶，它结合了AMP/AgNPs介导的抗菌活性和Ad-VEGF驱动的促血管生成信号。壳聚糖大分子网络提供了多孔、水合且机械顺应性的基质，用于局部递送这两种治疗模块。AMP/AgNPs显示出对临床相关病原体的增强抗菌活性，而Ad-VEGF促进了VEGF的表达和内皮细胞的血管生成反应。
CRediT作者贡献声明
Jinyu Huang：验证、方法学、调查、数据分析、概念化。 Jinyi Shen：可视化、验证、调查、数据分析。 Baoyong Zhou：验证、资源协调、调查、数据分析。 Shaocheng Zhang：写作——审稿与编辑、监督、资源协调、方法学。 Dingbin Liu：写作——审稿与编辑、项目管理。 Deqiang Wang：资源协调、资金筹集、概念化。 Yanzuo Liu：验证...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能会影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到了中国四川省卫生健康委员会医学科学技术计划的支持（编号25QNMP002）。
Jinyu Huang | Jinyi Shen | Baoyong Zhou | Shaocheng Zhang | Dingbin Liu | Deqiang Wang | Yanzuo Liu | Meilin Du | Linzi Zhang | Zixin Wen | Yuanyan Ma | Bin Liao | Hao Yao
