《Bioengineering & Translational Medicine》：Shelf-stable, ready-to-use therapeutic patches: Dip-and-deliver solutions for personalized wound care
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为解决糖尿病足溃疡(DFU)传统敷料非粘附、非负泊松比、需外固定、易过早脱落的问题，研究人员开发了一种可室温储存的负泊松比皮肤网格。该网格兼具即时粘附、贴合皮肤运动的能力，并能通过“浸渍-递送”方式负载多种药物实现控释，在糖尿病小鼠模型中显著促进血管新生。该平台为改善患者依从性与伤口愈合结局提供了临床转化潜力。
每年，糖尿病足溃疡(DFU)影响着全球数千万人，其中相当一部分患者最终不得不面对截肢的风险。当前的标准护理敷料，如某些商业化的伤口基质，存在一个恼人的缺陷：它们既不粘，也不能像皮肤一样伸缩自如。使用时需要用钉或线缝合固定在伤口上，这给患者带来了额外的痛苦，尤其是对老年群体而言，敷料的频繁更换成为了一种折磨。更棘手的是，这些敷料在皮肤持续拉伸、弯曲的动态环境下，很容易因不匹配的机械性能而疲劳、失效，导致过早脱落，不仅延缓愈合，也降低了患者的依从性。那么，能否开发一种既能牢牢粘在皮肤上，又能完美跟随皮肤一起“呼吸”和“运动”，还能像“百宝箱”一样装载各种治疗药物，并且方便储存的“智能”伤口敷料呢？
这正是发表在《Bioengineering 》期刊上的一项研究所致力于解决的问题。为了克服传统敷料的局限性，研究人员将目光投向了负泊松比结构材料。想象一下，当你横向拉伸一块普通材料时，它会在纵向上变薄。而负泊松比材料恰恰相反，它在被拉伸时会向各个方向均匀扩张，这使得它能更好地贴合皮肤的自然变形，减少因机械不匹配导致的断裂和脱离风险。这项研究正是在其前期开发的负泊松比皮肤网格平台基础上，进一步“升级”了这一技术。研究团队的核心目标有两个：一是让这种网格敷料摆脱对冷链存储的依赖，变得可以室温储存，便于临床应用和分发；二是验证其作为“通用”药物载体的能力，能否通过一个极其简单的“浸渍-递送”流程，灵活装载并控制释放从小分子到蛋白质、再到先进的纳米药物载体（如脂质纳米颗粒和细胞外囊泡）在内的各种治疗剂，并最终在真实的糖尿病伤口模型中检验其疗效。
为了回答上述问题，研究人员开展了一系列系统的研究。在材料制备方面，他们采用数字光处理(DLP)打印技术，以明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)和丙烯酸为原料，光交联制备了负泊松比结构的水凝胶网格。为了获得可室温储存的货架稳定型产品，他们比较了空气干燥和冷冻干燥两种脱水方法对网格性能的影响。在技术方法上，研究主要涉及：1. 机械性能与粘附力测试：通过单轴拉伸实验和90度T型剥离实验，评估干燥/再水化后网格的弹性模量、断裂伸长率及其在鸡肌肉组织上的剥离力。2. 结构表征：利用扫描电子显微镜(SEM)观察网格的表面与截面形貌及孔隙率，并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析长期储存后的化学稳定性。3. 药物负载与释放动力学研究：采用“孵育”和“再水化”两种方法，将荧光标记的模型药物（如卵清蛋白-FITC、庆大霉素-德克萨斯红）、药物载体（DiD标记的LNP和EV）以及治疗性蛋白（PDGF-BB）负载到网格上，在磷酸盐缓冲液(PBS)中于37°C下进行体外释放实验，并使用酶标仪定量荧光强度，通过Korsmeyer-Peppas等模型拟合分析释放机制。4. 体外功能验证：包括NIH 3T3成纤维细胞增殖实验以评估网格释放的PDGF-BB的生物活性，以及针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和铜绿假单胞菌(PAO1)的抑菌圈实验，以评估庆大霉素负载网格的持续抗菌效能。5. 体内疗效评估：使用链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病SKH-1雌性小鼠模型，创建全层皮肤缺损伤口，比较单独使用PDGF-BB溶液、空白皮肤网格及PDGF-BB负载网格对伤口血管新生的促进作用，通过免疫荧光染色标记CD31阳性血管并进行定量分析。
研究结果部分，首先在3.1 干燥负泊松比皮肤网格的力学表征中，发现空气干燥和冷冻干燥均能提高网格的杨氏模量，这可能是脱水过程中聚合物链间氢键形成所致。重要的是，空气干燥并未显著改变网格的粘附力，而冷冻干燥则因冰晶形成可能造成微裂纹，导致粘附力下降。所有网格（包括未经处理的和再水化的）都具有超过350%的高延伸率，远高于皮肤20-60%的典型形变范围，确保了与皮肤运动的机械相容性。在3.2 皮肤网格的结构表征中，SEM显示网格具有多孔结构，内部孔隙率(45.7%)显著高于表面(15%)。FTIR光谱表明，空气干燥的网格在储存10个月后化学组成稳定，未发生降解。在3.3 药物载体的负载和释放动力学及3.4 小分子和大分子的负载和释放动力学中，研究证实网格可成功负载LNP、EV、卵清蛋白(OVA)和庆大霉素。释放机制因负载物而异：LNP的释放主要受聚合物溶胀/侵蚀主导；EV的释放以扩散为主；小分子庆大霉素的释放机制结合了扩散和溶胀；而大分子蛋白OVA则表现出明显的两相释放模式，即初始突释后接持续释放，这与其分子大小和与基质的静电相互作用有关。在3.5 PDGF-BB从皮肤网格中的释放和功能活性中，ELISA检测显示PDGF-BB可在48小时内从网格中持续释放。更重要的是，释放出的PDGF-BB在NIH 3T3细胞增殖实验中保持了与新鲜配制的PDGF-BB相当的生物活性，显著促进了成纤维细胞增殖。在3.6 庆大霉素从皮肤网格中的释放和功能活性中，抑菌圈实验表明，负载庆大霉素的网格不仅能有效抑制MRSA和铜绿假单胞菌的生长，而且在第二天转移到新的琼脂板上时，仍能保持显著的抑菌活性，显示出比滤纸片更优的持续释放特性。在3.7 PDGF-BB负载皮肤网格在糖尿病伤口愈合小鼠模型中促进血管生成中，动物实验结果显示，与空白对照组或单独使用PDGF-BB溶液组相比，PDGF-BB负载的皮肤网格治疗组，其伤口床内的CD31阳性血管数量和总血管面积均显著增加，表明该递送平台能有效促进糖尿病伤口环境中的血管新生。
研究的结论与讨论部分强调了这项工作的综合价值。研究人员成功开发了一种兼具货架稳定性、生物粘附性、生物可降解性和高度通用性的负泊松比伤口敷料平台。空气干燥被确定为制备可室温储存网格的优选方法，它在保持良好粘附力的同时，还因氢键增加而可能提升材料的抗疲劳性能。该平台的突出优势在于其“浸渍-递送”的简易操作和广泛的负载兼容性，能够适配从传统小分子抗生素、蛋白质生长因子到前沿的纳米药物载体（LNP、EV）等多种治疗剂，并能根据药物特性（如大小、电荷）实现差异化的控释动力学。体内外功能实验有力证实，通过该平台递送的PDGF-BB和庆大霉素均保持了良好的生物活性和治疗效果，特别是显著改善了糖尿病伤口愈合中的关键限制环节——血管生成。这项工作不仅为解决糖尿病足溃疡临床治疗中面临的敷料机械不匹配、患者依从性差、药物递送效率低等难题提供了一个创新性的一体化解决方案，其模块化设计也为未来探索多种药物的协同组合治疗、实现真正个性化的伤口护理奠定了坚实的基础。
