GelMA–GelDopa–Sr双网络水凝胶通过增强血管生成和巨噬细胞极化促进皮肤再生

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：GelMA–GelDopa–Sr double-network hydrogel promotes skin regeneration by enhancing angiogenesis and macrophage polarization

本文开发了一种基于明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）、多巴胺修饰明胶（GelDopa）和锶离子（Sr2+）的多功能双网络水凝胶，通过光聚合形成具有抗氧化、促血管生成和免疫调节能力的智能敷料。研究证实该水凝胶可显著清除活性氧（ROS），促进成纤维细胞迁移和血管内皮细胞成管，并通过调控巨噬细胞向M2型极化（CD163↑、CD86↓）改善慢性伤口微环境，加速全层皮肤缺损愈合。其可控降解特性与良好生物相容性为难愈性创面修复提供了新策略。

　　

引言：慢性皮肤缺损的治疗挑战

慢性皮肤缺损常伴随持续炎症、细胞再生障碍及血管化不足，传统敷料仅能覆盖创面，无法主动调控愈合过程。本研究将光交联特性优异的GelMA、具抗氧化功能的GelDopa与促血管生成的Sr²⁺结合，构建GelMA-GelDopa-Sr双网络水凝胶，旨在通过协同作用解决愈合障碍。

材料与方法：水凝胶制备与功能验证

水凝胶通过紫外光引发GelMA与GelDopa交联，并掺入不同浓度Sr²⁺（0%~2%）。扫描电镜显示其具备三维多孔结构（孔径100–130 μm），Sr²⁺通过配位键增强网络密度。力学测试表明0.5% Sr²⁺组杨氏模量最高（0.023 MPa），降解实验证实其可持续释放Sr²⁺至12天。生物学评估包括CCK-8、活死染色、划痕实验、Transwell迁移及成管实验，同时通过大鼠全层皮肤缺损模型验证体内效果。

结果：多功能协同促进愈合

1. 1.
   力学与结构特性
   Sr²⁺的引入提升水凝胶压缩强度与溶胀率（0.05%组达56.98%），XPS证实Sr²⁺与儿茶酚衍生物配位，增强稳定性。
2. 2.
   生物相容性与抗氧化能力
   溶血率均低于5%（符合医用标准），活死染色显示细胞存活率>95%。H₂O₂诱导的氧化应激模型中，G-D水凝胶显著降低ROS水平，保护成纤维细胞活性。
3. 3.
   细胞迁移与血管生成
   划痕实验显示0.5% Sr²⁺组迁移率最高，HUVEC成管实验证实该组管状结构节点数与总长度显著增加（*p < 0.01）。qPCR与Western blot显示Sr²⁺上调HIF-1α/VEGF通路基因（CD31、HIF-1α、VEGF）表达。
4. 4.
   免疫调节作用
   RAW264.7细胞中，0.5% Sr²⁺组促炎因子（iNOS、TNF-α）表达下调，抗炎标志物CD206表达上升，表明巨噬细胞向M2型极化。
5. 5.
   体内伤口愈合评价
   大鼠模型中，G-D 0.5%组第14天愈合率达98.9%，组织学显示胶原纤维有序排列、新生血管密集（CD31↑），免疫组化证实M2型巨噬细胞浸润（CD163↑）。主要器官未发现病理损伤，证明生物安全性。

讨论：水凝胶设计的创新性与临床潜力

本研究首次将Sr²⁺与儿茶酚基团整合于明胶基水凝胶，通过抗氧化-血管生成-免疫调节三联机制加速愈合。相较于传统敷料，其可控降解性与微环境响应能力更适配慢性伤口动态需求。未来需深入探索Sr²⁺信号通路机制及长期体内代谢规律。

结论：功能性敷料的转化前景

GelMA-GelDopa-Sr水凝胶通过多靶点调控突破慢性愈合瓶颈，为皮肤组织工程提供新材料设计思路。