《Materials Today Communications》：Hydrogel Biomaterial Platforms for Stem Cell and Exosome Delivery in Diabetic Wound Healing: A Preclinical Systematic Review and Network Meta Analysis
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背景：水凝胶越来越多地被用作糖尿病创面修复中干细胞和外泌体或细胞外囊泡的局部生物材料载体。然而，在相应的再生性有效载荷单独使用的基础上增加水凝胶载体所带来的增量益处尚未被系统量化。
方法：研究人员进行了一项临床前系统评价和频率学随机效应网络Meta分析，研究
背景：水凝胶越来越多地被用作糖尿病创面修复中干细胞和外泌体或细胞外囊泡的局部生物材料载体。然而，在相应的再生性有效载荷单独使用的基础上增加水凝胶载体所带来的增量益处尚未被系统量化。
方法：研究人员进行了一项临床前系统评价和频率学随机效应网络Meta分析，研究对象为对照性糖尿病创面动物研究。检索了PubMed、Web of Science、Embase和Cochrane Library，检索时间从建库至2025年10月28日。共纳入75项研究。比较了四个治疗节点：水凝胶加有效载荷、单独有效载荷、单独水凝胶和空白对照。所有连续结局，包括创面愈合率和胶原沉积，均作为偏倚校正的标准化均数差（Hedges g）进行合并。相关效应保留在研究聚类的多水平随机效应模型中。
结果：在网络Meta分析中，与单独有效载荷（Hedges g，2.21；95% CI，1.23至3.20）、单独水凝胶（3.44；2.65至4.24）和空白对照（5.85；5.04至6.66）相比，水凝胶加有效载荷改善了创面愈合。在与单独有效载荷的主要直接比较中，水凝胶加有效载荷改善了创面愈合（Hedges g，2.44；2.04至2.85）、胶原沉积（2.38；1.72至3.04）、血管生成（2.86；2.12至3.61）、炎症状态（2.63；1.22至4.05）和新形成的毛囊（2.92；1.51至4.33）。再上皮化的估计不精确（1.99；?0.37至4.34）。预先指定的亚组检验和评估日Meta回归未识别出具有统计学支持的残余异质性来源。
结论：在动物模型中，水凝胶辅助递送与比相应再生性有效载荷单独使用更好的创面愈合和若干组织修复结局相关。然而，小研究效应、结局特异性预测区间、稀疏的亚组水平以及创面愈合、血管生成和炎症网络部分的不一致性，提示应谨慎解读，并进行标准化、临床相关的验证。
方案注册：PROSPERO：CRD4202511756371。
1. 引言
糖尿病创面是糖尿病最具挑战性的并发症之一，是感染、愈合延迟、残疾、截肢和医疗负担的主要驱动因素。全球糖尿病患者超过5.5亿，约占世界人口的10%，中国成人（≥18岁）患病率估计为11.2%。糖尿病足溃疡是临床上最公认、最严重的糖尿病创面形式。随着全球糖尿病人群扩大和生存期改善，糖尿病创面修复受损的负担预计将进一步增加。
糖尿病创面修复的生物学特征表现为持续性炎症、微血管功能障碍、缺血缺氧、细胞活性受损和细胞外基质重塑紊乱。这些相互作用的异常形成了恶劣的创面微环境，治疗信号可能被快速降解、稀释或功能抑制。因此，临床前动物模型被广泛用于评估新兴的再生和生物材料策略。大多数现有研究使用糖尿病啮齿动物，如Sprague-Dawley大鼠或C57BL/6J小鼠，制作全层背部皮肤创面；足部或足相关创面模型较少见。这些模型应被解释为在糖尿病条件下复制受损修复的选定特征的糖尿病皮肤创面模型，而非临床糖尿病足溃疡的完整复制品。
干细胞和外泌体/细胞外囊泡已成为糖尿病创面修复的两大再生治疗策略。干细胞可能通过旁分泌信号、免疫调节、促血管生成活性和细胞外基质重塑调节来支持组织修复，而外泌体/EVs可将调节性RNA、蛋白质、脂质和其他生物活性货物转移至受体细胞。生长因子为创面修复提供更明确的信号线索，但其治疗应用常受限于快速降解、局部停留时间短以及在创面床中持续暴露不足。在糖尿病创面模型中，干细胞和EVs疗法与改善血管生成、减少炎症激活、增强成纤维细胞和角质形成细胞功能以及加速再上皮化相关。然而，当直接应用于创面床时，细胞和囊泡在炎症、氧化和富含酶的糖尿病创面微环境中可能面临保留有限、快速清除、蛋白水解降解和生物活性降低等问题。这些递送相关限制为使用生物材料载体保护、定位和延长干细胞和EVs疗法活性提供了强有力的理由。
外泌体/EVs是由多种细胞类型释放的纳米级膜结合囊泡。它们通常通过囊泡大小分布和EV相关标志物（如CD9、CD63和CD81）进行表征。与全细胞疗法相比，外泌体/EVs通常被认为具有实际优势，包括较低的安全性问题、更易储存和工程化，以及能够以无细胞形式递送旁分泌信号。水凝胶特别适合这一递送问题，因为它们是水合、可调谐的生物材料基质，可同时作为创面敷料、细胞外基质样支架和治疗有效载荷的局部储库。然而，水凝胶系统在材料组成、交联化学、凝胶化模式、降解行为、力学性能、释放动力学和功能修饰方面差异很大。这种设计异质性使得难以从单个动物研究中确定观察到的治疗益处是反映细胞/囊泡有效载荷、水凝胶载体还是它们的相互作用。
现有综述已总结了水凝胶敷料、干细胞疗法或细胞外囊泡疗法在糖尿病创面中的应用，但大多数是分别评估这些策略，而非检验水凝胶递送是否在干细胞或外泌体/EVs单独使用之上增加增量益处。这一区别对于生物材料设计至关重要。因此，需要比较证据框架来区分水凝胶载体的治疗贡献与再生性有效载荷的贡献。为解决此问题，研究人员进行了一项临床前系统评价和网络Meta分析，比较四种策略：水凝胶加有效载荷、单独有效载荷、单独水凝胶和空白对照。主要目的是量化水凝胶辅助递送的增量益处，以创面愈合率作为主要结局。
2. 方法
2.1. 方案注册与报告标准
研究方案于2025年10月24日提交至PROSPERO，并注册为CRD420251175637。文献检索于2025年10月28日按照预指定方案完成。系统评价按照PRISMA 2020报告，网络Meta分析参考PRISMA-NMA扩展进行计划和报告。预指定和额外的探索性分析在文中明确区分。
2.2. 纳入和排除标准
合格研究为糖尿病皮肤创面的对照性体内动物研究。群体为实验诱导或遗传性糖尿病动物，具有全层背部、足部或足相关创面。干预措施为携带干细胞、外泌体或细胞外囊泡或合格再生性生长因子的水凝胶。研究必须包含水凝胶加有效载荷组和至少一个合格对照，并报告至少一个预指定创面修复结局的可提取定量数据。合格对照为无水凝胶的相应有效载荷、单独水凝胶或空白对照。排除综述、病例报告、临床研究、会议摘要或论文集、非糖尿病创面研究、无水凝胶递送的研究以及无合格联合组的研究。
2.3. 检索策略
检索了PubMed、Web of Science、Embase和Cochrane Library，时间从建库至2025年10月28日。受控词汇和自由文本词涵盖糖尿病或糖尿病创面、水凝胶、干细胞或外泌体/EVs；同时纳入生长因子术语以识别可映射至同一治疗网络的合格研究。
2.4. 数据提取
两名评审员使用标准化表格独立提取数据。仅以图形报告的值使用WebPlotDigitize独立数字化，并与源图核对。提取变量包括发表详情、动物物种和品系、糖尿病诱导、创面部位和大小、水凝胶组成和材料特征、有效载荷类型和来源、应用形式、随访和评估日，以及结局均值、变异度量和样本量。标准误转换为标准差。保留同一研究中的多个合格效应，并共享研究标识符，以便建模而非忽略研究内依赖性。有效载荷分类为直接干细胞疗法、外泌体/EV疗法或合格生长因子疗法。水凝胶根据其主要基质成分分为天然、合成或复合型。
2.5. 结局指标
主要结局为宏观创面愈合率或创面闭合，统一为已愈合创面面积的百分比。选择第14天作为目标时间点，因为这是纳入的急性创面模型中最常共享的评估点。次要结局为胶原阳性面积、血管生成、炎症状态、新形成的毛囊和再上皮化相关结局。所有连续结局均作为偏倚校正的标准化均数差进行分析。
2.6. 偏倚风险评估
两名评审员使用SYRCLE工具独立评估偏倚风险，涵盖序列生成、分配隐藏、基线特征、随机饲养、护理人员和研究者盲法、随机结局评估、结局评估盲法、不完整结局数据、选择性报告和其他偏倚。每个领域评为低、高或不明确风险。
2.7. 统计分析和证据综合
使用R 4.4.1版中的metafor、meta和netmeta包进行分析。主要直接对比为水凝胶加有效载荷与相应单独有效载荷。全程使用随机效应模型。Hedges g根据组均值、标准差和样本量计算，并使用精确小样本偏倚校正。对于多臂网络研究，使用一个合并的研究内标准差和一个研究级Hedges校正对所有合格臂进行标准化，以使处理对比保持可加性和内部一致性。当一项研究贡献多个合格比较或效应时，保留所有有效行。使用研究聚类的多水平模型处理依赖性。
3. 结果
3.1. 文献筛选
共识别783条记录。去除289条重复后，筛选494条标题和摘要，排除264条。评估剩余230篇全文，155篇不符合资格标准。纳入75项对照动物研究，包括39项四臂和36项三臂研究。其中41项包含水凝胶加有效载荷与单独有效载荷的比较，73项包含水凝胶加有效载荷与单独水凝胶的比较。
3.2. 研究特征
75项研究发表于2017年至2025年。啮齿动物背部全层创面占主导地位。动物物种、糖尿病诱导、创面大小、水凝胶组成、有效载荷来源、应用、随访和结局时间差异显著。小鼠用于41项研究，大鼠用于30项，兔子用于2项，2项未明确啮齿动物物种。36项使用1型模型，23项使用2型模型，16项未明确分类糖尿病类型。创面闭合评估集中在第14天左右。32项研究评估直接干细胞有效载荷，40项评估外泌体/EVs，3项评估生长因子。
3.3. 偏倚风险
SYRCLE评估显示，序列生成和基线可比性常评为低风险，而分配隐藏、随机饲养、护理人员或研究者盲法、随机结局评估和评估者盲法常因报告不完整而评为不明确。不完整结局数据和选择性报告通常为低风险。
3.4. 网络结构、不一致性和排序
创面愈合率、胶原沉积、血管生成和炎症状态均可形成四节点网络。创面愈合包括70项研究和239个臂；胶原沉积包括39项研究和130个臂；血管生成包括42项研究和146个臂；炎症状态包括17项研究和59个臂。所有网络均连通，但炎症网络平衡性较差，更多依赖间接证据。大多数局部节点分割检验未检测到不一致性。创面愈合网络（P=0.012）和血管生成网络（P=0.045）中检测到水凝胶加有效载荷与单独有效载荷之间的局部不一致性。整体设计-治疗交互检验结果为：创面愈合P=0.054，胶原沉积P=0.880，血管生成P=0.061，炎症状态P<0.001。水凝胶加有效载荷在所有四个网络结局中均排名第一。
3.5. 网络Meta分析结果
对于主要结局，水凝胶加有效载荷与单独有效载荷相比改善了创面愈合（Hedges g，2.21；95% CI，1.23至3.20），与单独水凝胶相比（3.44；2.65至4.24），与空白对照相比（5.85；5.04至6.66）。对于胶原沉积，水凝胶加有效载荷优于单独有效载荷（3.57；1.85至5.29）、单独水凝胶（4.77；3.50至6.04）和空白对照（7.79；6.49至9.08）。对于血管生成，也观察到类似结果（3.53；1.84至5.21；4.90；3.52至6.27；7.35；5.99至8.71）。对于炎症状态，水凝胶加有效载荷优于单独水凝胶（2.66；1.11至4.20）和空白对照（6.58；4.96至8.20），但与单独有效载荷相比不明确（0.81；?1.14至2.76；P=0.417）。
3.6. 组合增益的直接成对Meta分析
主要直接分析比较了水凝胶加有效载荷与相应单独有效载荷，并考虑了研究内多个合格效应。对于创面愈合，38项研究贡献42个效应，水凝胶加有效载荷优于单独有效载荷（Hedges g，2.44；95% CI，2.04至2.85；I2=51.2%）。对于炎症状态，9项研究贡献10个效应，直接估计显著（2.63；95% CI，1.22至4.05；I2=37.2%）。胶原沉积（18项研究，19个效应；2.38；1.72至3.04；I2=33.5%）、血管生成（24项研究，26个效应；2.86；2.12至3.61；I2=57.9%）和新形成毛囊（9项研究，10个效应；2.92；1.51至4.33；I2=68.8%）均观察到组合增益。再上皮化未达到统计学显著性（10项研究；1.99；?0.37至4.34；I2=86.3%；P=0.089）。预测区间在创面愈合（0.64至4.24）、胶原沉积（0.67至4.10）和血管生成（0.16至5.57）中保持在无效线上方，但在炎症状态、新形成毛囊和再上皮化中跨越了无效线。
3.7. 创面愈合率的亚组分析和Meta回归
预指定调节变量检验未识别出显著差异：水凝胶类别（P=0.782）、应用或递送形式（P=0.892）或评估时间（≤14天 vs >14天；P=0.465）。动物模型汇总估计为遗传性糖尿病模型1.66和STZ模型2.57。直接干细胞来源估计为脂肪来源细胞2.73、骨髓来源研究2.44、脐带来源细胞1.75和其他来源4.13。外泌体/EV亲本细胞来源未改变效应（P=0.631）。额外探索性分析显示功能化和非功能化水凝胶的标准化估计相似（2.65 vs 2.33；P=0.583），外泌体/EV与直接干细胞有效载荷也相似（2.66 vs 2.35；P=0.489）。连续Meta回归估计每个额外评估日的变化为0.009 Hedges g（95% CI，?0.140至0.157；P=0.908）。总体上，可估计的分类调节变量或连续时间协变量均未解释创面愈合的残余异质性。预指定的水凝胶与细胞比例分析因可用比例数据报告不一致而无法进行。
3.8. 敏感性分析和小研究效应
留一研究分析未逆转任何合并效应的方向。估计范围：创面愈合2.37–2.50，胶原沉积2.25–2.52，血管生成2.75–2.99，炎症状态2.39–3.02，新形成毛囊2.58–3.19，再上皮化1.48–2.45。对于创面愈合，研究聚类Egger截距为2.87（CR2标准误0.53；P<0.001），表明漏斗不对称。探索性剪补法在研究级聚合后插补了14项研究，并将合并估计降至Hedges g 1.84（95% CI，1.37至2.31），仍具有统计学显著性。再上皮化的Egger型检验不显著（P=0.128）。
4. 讨论
本系统评价和网络Meta分析将水凝胶辅助递送的增量贡献与再生性有效载荷本身的治疗效果分开。在直接和网络分析中，水凝胶加有效载荷与比单独有效载荷更高的创面愈合率相关。直接分析还支持联合治疗在胶原沉积、血管生成、炎症状态和新形成毛囊方面的益处。相比之下，再上皮化的估计不精确且未达到统计学显著性。这些发现表明，水凝胶可能提供超出被动载体之外的益处，尽管这种增量益处的幅度和可重复性在不同实验环境中差异很大。
本综述的主要贡献并非仅仅观察到生物活性组合优于空白对照。通过构建包含水凝胶加有效载荷、单独有效载荷、单独水凝胶和空白对照的四节点网络，并将水凝胶加有效载荷与相应单独有效载荷定义为主要直接比较，本分析量化了水凝胶递送平台是否在干细胞、外泌体/EVs或生长因子的再生活性之外增加了益处。所有连续结局均以Hedges g形式合并。对于创面愈合，网络估计为2.21，主要直接估计为2.44。这些值描述了以研究内合并标准差为单位的平均分离，不应被解释为百分点改善。
残余异质性仍然重要。对于主要直接创面愈合比较，I2为51.2%，95%预测区间保持有利（0.64至4.24）。扩展亚组分析和Meta回归未识别出具有统计学支持的异质性来源。水凝胶类别、应用或递送形式、评估时间组、水凝胶功能化、广泛有效载荷类别和外泌体/EV亲本细胞来源均不是统计学显著的调节变量。评估日作为连续协变量也与效应大小无显著相关。这些阴性调节变量检验表明，现有数据不足以解释观察到的异质性，不应被解释为不同水凝胶系统、有效载荷来源、给药方法或评估时间在生物学上等价。
再生性产品本身高度异质。直接干细胞治疗在组织来源、传代数、表型、活力、剂量和生物效能方面存在差异。外泌体/EV制备在亲本细胞来源、分离方法、纯度、颗粒表征、储存条件和剂量单位方面差异显著。水凝胶多样性远超天然、合成、复合、功能化和非功能化系统的广泛分类。基质化学、交联方法、孔隙率、刚度、降解、溶胀、粘附、凝胶化条件、释放动力学和添加的抗菌、抗氧化、抗炎或促血管生成成分可能独立或相互作用。网络发现需要特别谨慎。在创面愈合和血管生成网络中均检测到水凝胶加有效载荷与单独有效载荷之间的局部不一致性。创面愈合漏斗图不对称提出了额外担忧。探索性剪补分析产生了较小但仍有利的合并效应，表明组合益处的总体方向并非完全依赖于观察到的对称性。
水凝胶辅助递送的观察到的增量益处具有生物学合理性。糖尿病创面的特征是持续炎症、氧化应激、蛋白酶活性增加、血管功能障碍、微生物生物膜和细胞外基质形成与重塑受损。水凝胶可能改善细胞或囊泡的局部保留，保护治疗货物免于快速清除和降解，提供水合细胞外基质样环境，并延长旁分泌介质的暴露。更有信息量的临床前比较将需要标准化报告水凝胶载体和再生性有效载荷。水凝胶研究应报告基质组成、交联条件、凝胶化时间、孔隙率、力学和溶胀性能、降解、创面床保留、释放动力学和所有功能添加剂。干细胞研究应报告细胞来源、传代、表型、活力、剂量、给药方案和相关效能特征。外泌体/EV研究应遵循已建立的囊泡分离、表征、纯度、储存和剂量报告建议。
当前发现的转化相关性受纳入模型特征的限制。75项研究中有73项使用背部创面，几乎所有实验都在小动物中进行。这些急性切除模型复制了与糖尿病创面愈合相关的选定损伤，但未完全复制人类糖尿病足溃疡的慢性、负重、神经病变、缺血、感染、生物膜形成、反复创伤或减压要求。因此，观察到的益处应被视为临床前概念验证，而非临床疗效的证据。其他局限性包括：分配隐藏、随机饲养和盲法等重要偏倚风险保障措施常报告不充分；分析基于聚合而非个体动物数据；标准化均数差对研究内标准差敏感；结局定义、组织取样位置、组织学切片方向、图像分析程序、有效载荷剂量和治疗方案在研究间不同；传递性假设可能受动物模型、水凝胶系统、有效载荷产品和评估时间在网络比较中分布不均的影响；一些亚组水平过于稀疏而无法进行推断检验；水凝胶与细胞比例不可用或报告形式不可比；多个调节变量分析增加了偶然发现的可能性；未识别出临床代表性大动物模型的合格证据。
未来研究应优先采用保留相应单独有效载荷组的头对头设计，以便直接评估水凝胶平台的增量价值。应预指定常见的第14天终点，同时报告纵向创面愈合轨迹。组织学和组织质量结局应使用统一定义和图像分析程序。在感染、缺血、神经病变、生物膜相关或机械负荷糖尿病创面模型中进行独立复制，然后进行组织强度、复发和安全性的长期评估，是考虑临床转化前所必需的。
5. 结论
本临床前系统评价和网络Meta分析表明，水凝胶辅助递送改善了糖尿病创面修复，效果优于干细胞、外泌体和细胞外囊泡或合格生长因子单独使用。使用Hedges g合并所有连续结局，直接成对证据支持创面愈合、胶原沉积、血管生成、炎症调节和皮肤附属器再生的增量益处，而再上皮化估计仍不确定。水凝胶可能作为生物材料递送平台，在糖尿病创面模型中定位、保护并延长再生性有效载荷的活性。然而，标准化效应取决于研究内离散度，水凝胶设计、有效载荷表征、剂量、结局测量、动物模型、小研究效应和网络不一致性的异质性限制了普遍性推断。未来研究应使用标准化报告、临床相关模型和直接比较设计，以阐明哪些水凝胶特性最可靠地增强干细胞和囊泡介导的创面修复。
