《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：MMP-9-responsive bFGF/FGF21 patch synergistically piloting the immune remodeling and regeneration of diabetic wounds
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糖尿病慢性伤口免疫微环境失调及再生障碍导致愈合延迟，本研究开发双层层状电纺贴片，通过聚乳酸/单甘酯三酰甘油核心-壳结构实现FGF21与bFGF时空协同释放：FGF21通过抑制M1型巨噬细胞并增强M2型极化改善炎症微环境，bFGF在首周重点促进血管生成，二者协同加速表皮再生、胶原沉积及创面闭合。
董卓婷|赵叶丽|潘婷|徐梦娇|曹成坤|林金杰|沈土洋|吕泰勇|张子阳|刘丽芳|刘月|Dirk W. Schubert|林莉|鲍晓燕
温州医科大学药学院，中国浙江省温州市325035
摘要
糖尿病慢性伤口的特点是免疫微环境失调、血管生成受损以及肉芽组织形成延迟，这些因素限制了传统治疗方法下的伤口愈合。因此，要有效恢复正常的愈合过程，不仅需要针对性地刺激组织修复，更重要的是重新编程失调的免疫反应。为此，我们开发了一种双层静电纺丝贴片，通过时空控制的方式释放成纤维细胞生长因子21（FGF21）和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）来同时实现免疫调节和再生促进。这种基于聚乳酸/甘油单硬脂酸酯的贴片能够在14天内持续释放FGF21和bFGF，并对MMP-9具有响应性。在2型糖尿病小鼠模型中，FGF21诱导了皮肤伤口从M1型向M2型的极化，调节了与炎症相关的因子，从而创造了有利于修复的微环境，在此环境下bFGF更有效地促进了血管生成和真皮基质的重塑。因此，bFGF/FGF21贴片显著加速了伤口闭合、上皮再生、胶原沉积和组织再生。这一策略为治疗慢性糖尿病伤口提供了有前景的方法。
引言
慢性伤口是2型糖尿病（T2D）最严重的并发症之一[1],[2]。在糖尿病伤口中，由于基线炎症的存在，炎症反应受到干扰。这种情况导致受伤后急性炎症反应延迟且不足，从而阻碍了碎屑清除，最终阻碍了伤口进入增殖期的进程[3],[4]。持续的炎症压力进一步损害了内皮细胞的迁移和增殖，限制了血管生成[5]。同时，成纤维细胞与免疫细胞之间的相互作用紊乱，导致胶原沉积和细胞外基质（ECM）生成不足[6]。此外，糖尿病伤口中促炎细胞因子（如TNF-α和IFN-γ）水平持续升高，而抗炎介质（包括IL-4和TGF-β）的分泌不足。这种细胞因子失衡抑制了巨噬细胞从促炎型M1表型向促修复型M2表型的转变，减少了与愈合相关的生长因子和ECM成分的分泌[7],[8]。结果，伤口无法正常愈合，长期处于炎症状态。
在没有免疫干预的情况下，仅专注于组织再生的治疗方法（例如通过局部释放碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）来促进血管生成）在临床前研究中显示出一定的潜力[3],[5]。然而，由于在免疫微环境失调的情况下再生反应受限，这些方法目前不被临床指南推荐[6]。为了解决这一问题，我们开发了一种时空可控的静电纺丝贴片，将免疫调节与组织再生结合在一起。选择静电纺丝纳米纤维作为递送平台，因为它们能够模拟天然的细胞外基质结构，从而促进细胞迁移和极化[9],[10]。尽管已有研究表明载有生长因子的静电纺丝纳米纤维可以加速慢性糖尿病伤口的修复，但大多数现有系统主要关注直接刺激组织再生，包括内皮细胞迁移、成纤维细胞增殖、血管生成和皮肤附属结构的形成[11],[12],[13]。相比之下，本研究采用了一种以免疫微环境调节为先的治疗策略，而不仅仅是依赖再生刺激。
成纤维细胞生长因子21（FGF21）是一种具有公认的抗糖尿病特性的代谢激素[14]，我们之前的研究已经证明它可以通过调节I型干扰素信号通路来恢复创伤性脑损伤中的失调神经免疫反应[15]。基于这一发现，我们认为FGF21能够建立一个修复性的免疫环境，在增殖期bFGF可以更有效地发挥其促血管生成和促增殖的作用，从而克服慢性炎症压力导致的再生反应受损[16],[17]。然而，FGF21和bFGF在体内和体外都表现出较差的稳定性，需要频繁给药和重复暴露于伤口，这不仅不方便患者使用，还可能影响治疗效果[18],[19]。
因此，我们设计了一种双层贴片，每层由核壳纤维组成。纤维壳层采用FDA批准的生物降解聚合物聚乳酸（PLA）制成，并加入了甘油单硬脂酸酯（TGMS）作为对基质金属蛋白酶（MMP）具有响应性的成分。在炎症性伤口环境中，MMP活性的升高会切割TGMS，从而触发封装在纤维核心中的生长因子的可控释放。在这种贴片中，bFGF和FGF21分别被封装，以实现不同的释放曲线：前两周释放bFGF以启动早期血管生成，随后持续释放FGF21以维持修复性微环境并促进组织重塑。这种递送策略旨在同步促进慢性糖尿病伤口中的免疫重编程和再生修复。
在这项研究中，我们表征了双层bFGF/FGF21贴片的结构、形态以及其对MMP-9的响应性释放特性。通过2型糖尿病小鼠的皮肤伤口模型评估了其治疗效果。通过免疫荧光染色评估了免疫细胞的极化和血管生成情况，通过组织学分析检查了上皮再生和胶原沉积情况。这些评估旨在阐明bFGF/FGF21贴片对真皮基质重塑的调节作用。
材料
聚乳酸（PLA）（分子量约为120~160 kDa）来自济南大为生物材料有限公司（中国济南）。甘油单硬脂酸酯（TGMS）由杭州萨托特生物制药有限公司（中国浙江杭州）提供。重组人FGF21和bFGF由温州医科大学生物技术和制药工程重点实验室提供。荧光异硫氰酸酯（FITC）来自东京化学工业有限公司（日本东京）。六氟异丙醇（HFIP）和链脲佐菌素
双层bFGF/FGF21贴片的制备与表征
具有高治疗载量和持续释放特性的聚合物贴片非常适合长期管理慢性伤口。然而，基于蛋白质的疗法的固有不稳定性仍然是实现一致疗效的主要障碍[26],[27]。为了解决这一问题，我们采用共轴静电纺丝技术制备了核壳纤维结构，其中bFGF/FGF21溶解在水溶液中作为核心，聚合物基质作为外壳
结论
在这项研究中，我们开发了一种双层静电纺丝贴片，通过同步调节免疫反应和再生修复来克服糖尿病伤口的愈合障碍。两种生长因子bFGF和FGF21分别被封装在核壳纤维结构中。持续的FGF21释放重新编程了免疫微环境，使释放的bFGF更好地促进血管生成和胶原沉积。这种协调的递送策略加速了伤口收缩
CRediT作者贡献声明
沈土洋：数据可视化、方法学研究。林金杰：数据可视化。曹成坤：方法学研究。徐梦娇：方法学研究。刘月：实验研究。刘丽芳：实验研究。张子阳：实验研究。吕泰勇：方法学研究。潘婷：方法学研究、数据整理。林莉：撰写、审稿与编辑、指导、概念构思。赵叶丽：数据可视化、方法学研究、数据整理。Dirk W. Schubert：软件开发、方法学研究。董卓婷：数据可视化、方法学研究
致谢
本工作得到了浙江省科学技术项目（2025C02152）、浙江省自然科学基金重点项目（LZ23H310001）、国家大学生创新创业训练计划（2025年）以及浙江省自然科学基金（LQ22H300006）的支持。我们感谢Kang Qian的指导和富有洞察力的讨论，这些都对提高本研究的质量起到了重要作用。
