编辑推荐：
本研究针对糖尿病伤口因活性氧(ROS)过量、巨噬细胞功能障碍导致的愈合难题，开发了一种基于羧甲基壳聚糖(CMCS)的智能ROS响应性超分子水凝胶。该系统通过β-环糊精(βCD)/二茂铁(Fc)主客体相互作用动态交联，能够按需释放白细胞介素-4(IL-4)，并具备内在抗菌性能。实验表明，该水凝胶可有效清除ROS、促进巨噬细胞向M2表型极化，在糖尿病大鼠模型中显著加速伤口闭合、增加胶原沉积和血管生成，为糖尿病慢性伤口治疗提供了新型多功能敷料策略。
糖尿病伤口愈合是临床面临的重大挑战，约19-34%的糖尿病患者会受其困扰。这种慢性伤口由于高血糖、血管损伤和免疫系统功能受损等多种因素共同作用，导致炎症反应持续存在，愈合过程严重受阻。其中，过度产生的活性氧(ROS)和巨噬细胞功能失调是阻碍愈合的关键因素。在正常伤口愈合过程中，巨噬细胞会从促炎的M1表型向抗炎的M2表型转变，但在糖尿病伤口中，M1巨噬细胞持续激活，M2表型转化延迟，造成慢性炎症状态，抑制胶原沉积和组织再生。
为解决这一难题，新加坡国立大学的研究团队在《Biomaterials》上发表了一项创新研究，开发了一种智能多功能的ROS响应性超分子水凝胶。这种水凝胶由羧甲基壳聚糖(CMCS)构成，通过β-环糊精(βCD)和二茂铁(Fc)的主客体相互作用动态交联，能够同时应对糖尿病伤口愈合中的三大挑战：氧化应激、免疫失调和细菌感染。
研究人员采用的关键技术方法包括：通过核磁共振(1H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征材料合成；利用等温滴定量热法(ITC)验证主客体相互作用；通过流变学测试评估水凝胶力学性能；使用扫描电子显微镜(SEM)观察微观结构；通过细胞实验(MTT法、流式细胞术、qRT-PCR)评估生物相容性和免疫调节功能；建立糖尿病SD大鼠模型进行体内疗效验证。
材料合成与表征
研究团队首先成功合成了CMCS-βCD、CMCS-Fc和作为对照的CMCS-金刚烷(CMCS-Ad)。通过1H NMR分析确定βCD在CMCS-βCD中的含量为15mol%，UV-vis光谱显示CMCS-Fc中Fc含量为14mol%。FT-IR光谱证实了材料的成功合成。将CMCS-βCD与CMCS-Fc以1:1摩尔比例混合，形成了具有多孔结构的超分子水凝胶Gel-CD/Fc，孔径范围为50-100μm。
水凝胶性能研究
流变学测试表明，Gel-CD/Fc具有优异的自愈合性能，能在5分钟内实现破损部分的重新结合。应变振幅扫描显示，水凝胶在0-100%应变范围内保持稳定的凝胶状态。ITC实验证实βCD与Fc以1:1比例结合，解离常数为0.50±0.09mM，而Fc被H2O2氧化后(Fc+)，与βCD的结合能力显著丧失。在10mM H2O2刺激下，Gel-CD/Fc发生凝胶-溶胶转变，并能在1小时内清除80%的H2O2。
生物相容性与细胞保护作用
MTT实验显示，IL-4@Gel-CD/Fc在12.5-50mg/mL浓度范围内对L929成纤维细胞和RAW264.7巨噬细胞均表现出90%以上的细胞活力，表明良好的细胞相容性。溶血实验证实材料具有优异的血液相容性。在氧化应激条件下，IL-4@Gel-CD/Fc能有效保护L929细胞免受H2O2诱导的细胞死亡，这归因于Fc基团通过芬顿反应清除H2O2的能力。
巨噬细胞调节功能
在LPS刺激的RAW264.7细胞模型中，IL-4@Gel-CD/Fc能有效清除细胞内ROS，促进巨噬细胞从M1向M2表型极化。流式细胞术分析显示，IL-4@Gel-CD/Fc处理组CD206+CD86-M2型巨噬细胞比例从2.6%增加至16.3%，而CD86+CD206-M1型巨噬细胞比例从24.1%降至11.0%。qRT-PCR结果显示，IL-4@Gel-CD/Fc显著降低促炎细胞因子IL-6和TNF-α的表达，同时上调抗炎细胞因子IL-10的表达。
体内糖尿病伤口愈合
在糖尿病SD大鼠模型中，IL-4@Gel-CD/Fc治疗组在第12天时伤口面积仅剩余约8%，显著优于Gel-CD/Fc(20%)和IL-4@Gel-CD/Ad(20%)组。组织学分析显示，IL-4@Gel-CD/Fc治疗组具有更短的伤口直径、更高的胶原密度(62%)和血管密度(28%)。免疫组化染色证实该治疗能显著降低伤口床中IL-6和TNF-α水平，同时提高IL-10表达。
抗菌性能评估
IL-4@Gel-CD/Fc对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)均表现出显著抗菌活性，抑制率分别达到5倍和3倍于对照组。扫描电镜观察发现，经IL-4@Gel-CD/Fc处理的细菌出现膜收缩和破裂现象。在细菌感染的糖尿病伤口模型中，IL-4@Gel-CD/Fc治疗能有效抑制细菌增殖，加速伤口愈合。
该研究成功开发了一种新型的ROS响应性超分子水凝胶系统，通过智能响应伤口微环境中的ROS水平，实现IL-4的按需释放。该系统不仅能有效清除氧化应激产物，还能调节免疫反应和抑制细菌感染，从而协同促进糖尿病伤口愈合。这种多功能的治疗策略为慢性伤口管理提供了新思路，具有重要的临床转化潜力。研究展示的材料设计理念也可拓展至其他需要微环境响应性治疗的生物医学领域。
