《Bioactive Materials》：Skin-mimetic bilayer hydrogel normalizes diabetic wound healing by orchestrating inflammatory cell dynamics: An early intervention strategy
编辑推荐：
本文报道了一种仿生皮肤双层水凝胶，其通过时空调控炎症细胞动力学恢复糖尿病创面的炎症稳态，从而实现高质量的愈合。研究者受健康创面生理愈合过程启发，开发了该材料以序贯释放SP和IL-10，有效增强了早期中性粒细胞募集和急性炎症反应，并促进了后期M2c巨噬细胞极化以清除凋亡细胞、解决炎症。该研究为糖尿病创面管理提供了一种生理启发的早期干预策略，有望预防慢性溃疡进展和瘢痕形成。
糖尿病溃疡是糖尿病患者中常见的严重并发症，其特点是持续性的慢性炎症和愈合过程受损，给全球医疗系统带来了沉重负担。据国际糖尿病联盟报告，2025年全球成人糖尿病患者预计将达5.89亿，其中19-34%的患者会受到糖尿病足溃疡的困扰。更棘手的是，超过六成的愈合创面会在五年内复发，约五分之一的复发会导致截肢。这些问题背后的核心病理机制是什么？研究发现，糖尿病创面在受伤初期无法募集足够的中性粒细胞，导致急性炎症反应减弱；而在后期，巨噬细胞功能失调，无法有效清除凋亡的中性粒细胞并极化至具有抗炎和修复功能的亚型，最终使得创面陷入“慢性低度炎症”的泥潭而难以愈合。面对这一临床挑战，传统治疗思路多集中在后期抗炎，却忽视了早期适度促炎的重要性。如何精准地模拟健康皮肤的生理愈合节奏，对炎症反应进行“恰到好处”的时空调控，成为了一个极具潜力的研究方向。
针对上述问题，一项发表在《Bioactive Materials》上的研究给出了创新性的答案。来自东华大学的研究团队，从人体皮肤的精巧结构中获得灵感，研发了一种仿生皮肤双层水凝胶。这种水凝胶并非简单的敷料，而是一个“智能”的炎症调控平台。它模拟了人类皮肤的表皮层和真皮层：顶层致密，由角蛋白和铜离子动态交联而成，扮演着抵御细菌感染的“屏障”角色；底层疏松，由明胶和氧化透明质酸构成，模拟了利于组织再生的细胞外基质微环境。两层之间通过自发的动态化学反应无缝整合。更巧妙的是，研究人员将两种关键的生物活性分子——P物质（Substance P, SP）和白细胞介素-10（Interleukin-10, IL-10）——分别负载在水凝胶的底层和顶层。其设计思路非常清晰：底层疏松多孔的结构允许SP在创伤后第一天内快速释放，以增强早期中性粒细胞的招募，启动一个“恰到好处”的急性炎症反应；而顶层致密的结构则实现IL-10的延迟、持续释放，在炎症后期发挥作用，诱导巨噬细胞极化为具有强大吞噬功能和抗炎特性的M2c亚型，从而及时“打扫战场”、终结炎症，为无瘢痕愈合创造条件。
研究团队为验证这一构想，运用了一系列关键技术方法。他们首先通过动态化学交联（硫醇-铜离子配位、席夫碱反应）分别制备了顶层（Ker/Cu）和底层（Gel/OHA）水凝胶，并通过扫描电子显微镜、流变学测试等对其微观结构、力学性能和生物相容性进行了系统表征。在此基础上，通过两层接触后的自发动态交联构建了无缝集成的双层水凝胶，并评估了其作为序贯药物递送系统的性能。在细胞层面，他们利用Transwell迁移实验验证了SP对中性粒细胞的趋化作用，并通过免疫荧光染色和流式细胞术分析了IL-10对巨噬细胞M2c极化和对凋亡中性粒细胞胞葬作用（efferocytosis）的促进作用。最终的疗效验证在一个糖尿病小鼠的全层皮肤缺损模型中进行，研究者将小鼠分为多个处理组，通过创面拍照、组织学染色（H&E染色、Masson三色染色、天狼星红染色）、免疫组化/免疫荧光染色以及qRT-PCR等技术，全面评估了双层水凝胶对创面闭合速度、胶原沉积与排列、炎症细胞（中性粒细胞、M1/M2c巨噬细胞）动态以及相关炎症因子表达水平的影响。
研究结果
2.1. 仿生皮肤双层水凝胶的制备与评价
研究成功制备了能模拟人类皮肤结构和组成的双层水凝胶。顶层（Ker/Cu水凝胶）致密，平均孔径约48微米，具有优异的自愈合性能和强大的抗菌能力。底层（Gel/OHA水凝胶）疏松，平均孔径约167微米，具有良好的组织粘附性。两层通过动态硫醇-醛基加成反应实现无缝界面结合，界面结合强度足以抵抗机械分层和溶胀。该双层水凝胶展现出良好的机械顺应性、生物相容性和血液相容性。更重要的是，药物释放实验证实，其底层能在24小时内快速释放约75%的模型药物（模拟SP），而顶层则能在第一天后实现模型药物（模拟IL-10）的延迟、持续释放，证实了其序贯递送能力。
2.2. 中性粒细胞迁移、巨噬细胞极化和巨噬细胞胞葬作用的体外实验
体外实验表明，SP负载的底层水凝胶（SP@Gel/OHA）浸提液能显著增强分化后的HL-60细胞（dHL-60，中性粒细胞样细胞）的迁移。同时，IL-10负载的顶层水凝胶（IL-10@Ker/Cu）浸提液能有效诱导巨噬细胞极化为CD163阳性的M2c亚型。这些经IL-10处理的M2c巨噬细胞对凋亡的dHL-60细胞表现出显著增强的胞葬作用，而经脂多糖（LPS）处理的M1型巨噬细胞此能力较弱。这些结果为水凝胶在体内调控炎症细胞提供了直接证据。
2.3. 双层水凝胶使糖尿病创面愈合正常化
在糖尿病小鼠创面模型中，同时负载SP和IL-10的双层水凝胶（SP/IL-10@Bilayer）展现出最优的疗效。其创面闭合速率在每一个时间点都与健康小鼠创面（Normal组）相似，并在第12天完全愈合。组织学分析显示，该组创面尺寸、表皮厚度接近正常，胶原沉积量高且纤维排列整齐有序。天狼星红染色显示，其胶原I与胶原III的比例也与正常组相近，提示其具有减轻纤维化瘢痕形成的潜力。相比之下，仅负载SP（SP@Bilayer）或仅负载IL-10（IL-10@Bilayer）的组别，其愈合过程在不同阶段出现延迟或组织修复质量不佳。
2.4. 双层水凝胶协调炎症细胞动力学
机制研究表明，SP/IL-10@Bilayer水凝胶能精准地时空调控炎症细胞。在早期（伤后第1天），它通过快速释放SP，将糖尿病创面中不足的中性粒细胞（Ly-6G+细胞）募集水平恢复至与健康创面相当，并同时上调了单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和中性粒细胞趋化因子CXCL-1的表达，为后续巨噬细胞浸润做好了准备。到第3天，促炎的M1型巨噬细胞（iNOS+）浸润也达到了健康创面的水平。进入后期，水凝胶通过持续释放IL-10，有效促进了M2c巨噬细胞（CD163+）的极化，并上调了胞葬作用关键标志物MerTK以及抗炎因子IL-10和TGF-β1的表达。这一系列协调作用，使得糖尿病创面的炎症进程（发生、进展、消退）被重置，恢复到了健康的生理轨迹上。
结论与讨论
本研究最终得出结论：模仿健康创面生理愈合级联反应，对炎症细胞动力学进行时空顺序的精确调控，是使糖尿病创面愈合正常化的有效策略。该研究所开发的仿生皮肤双层水凝胶，通过其独特的层状结构和序贯药物释放能力，成功实现了这一目标。它首先增强早期急性炎症反应，为愈合启动提供必要信号；继而及时促进炎症消退，为高质量组织修复铺平道路。
这项研究的深刻意义在于，它挑战了糖尿病创面治疗中“一味抗炎”的传统观念，提出了“先适度促炎，再精准抗炎”的早期干预新范式。研究明确显示，仅进行抗炎干预（IL-10@Bilayer）而忽视早期炎症启动，反而可能导致后期愈合延迟和组织修复紊乱。这提示临床医生，对于不同阶段的糖尿病创面应采取差异化的管理策略，尤其对于早期创面，靶向增强早期炎症反应可能是一个有效但尚未被充分重视的策略。
此外，该水凝胶平台本身也具有显著的创新性和临床转化潜力。它完全由天然皮肤源聚合物或其简单衍生物构建，无需外源性交联剂，具有优异的生物相容性和临床所需的多功能特性（如自愈合、抗菌、粘附）。这项工作不仅为糖尿病溃疡的治疗提供了一个强有力的工具，其背后“仿生结构”与“时序治疗”相结合的设计理念，也为其他需要复杂时序调控的再生医学领域提供了宝贵借鉴。
