更新时间：2025-11-20
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糖尿病伤口难愈是糖尿病最严重且常见的并发症之一，其复杂的病理微环境是导致愈合进程受阻的关键因素。然而，对糖尿病伤口中细胞行为与免疫微环境的动态交互作用仍有待全面阐明。本研究基于负载间充质干细胞与苦瓜源外泌体的多功能水凝胶（MEMC-Gel），通过体内外整合分析，系统探讨了糖尿病伤口中巨噬细胞、内皮细胞及成纤维细胞的功能状态，揭示了该水凝胶通过协同抗氧化、抗炎及促血管生成以重编程伤口微环境的核心机制。相关研究成果在Materials Today Bio（IF=10.2，一区）上以题名为“A novel hydrogel loaded with plant exosomes and stem cell exosomes as a new strategy for treating diabetic wounds"发表。
1.研究背景：
糖尿病伤口，是糖尿病的一种严重并发症，常常导致感染、截肢甚至死亡等严重后果。糖尿病伤口的特征是多因素的，包括高血糖、神经方面的病变、过度氧化应激、血液循环不良和慢性炎症，所有这些共同阻碍了愈合过程。
高血糖对伤口愈合有多种不利影响。它促进晚期糖基化终末产物（AGEs）的形成，从而加剧氧化应激和炎症，进一步损害愈合过程。氧化应激会破坏细胞结构、蛋白质和DNA，导致愈合过程中出现进一步的并发症；血液循环不良，通常是糖尿病相关血管并发症的结果，限制了向伤口部位输送必需的营养和氧气，增加感染风险；慢性炎症也是糖尿病伤口愈合的关键障碍，持续释放的促炎细胞因子会进一步损害组织并延迟愈合过程。目前，糖尿病伤口的治疗面临许多限制。传统的敷料、传统草药应用、外科清创和抗生素疗法往往无法有效解决这些问题，导致感染和愈合延迟。
2.研究思路：
外泌体：是直径通常在30至150纳米之间的小的细胞外囊泡，在伤口愈合方面，外泌体因其加速急性和慢性伤口修复的潜力而受到关注。
间充质干细胞（MSC）外泌体：由于其调节炎症、刺激血管生成和促进组织再生的能力，在促进伤口愈合方面显示出巨大潜力。这些囊泡携带生物活性分子，影响伤口愈合的各个阶段，包括对组织修复至关重要的成纤维细胞和角质形成细胞的增殖和迁移。
苦瓜（MC）外泌体：因其抗炎、抗氧化和降血糖特性而受到关注。可以改善体重、血糖水平和胰岛素敏感性。MC中的生物活性化合物有助于减少氧化应激。
甲基丙烯酰化明胶（Gel MA）水凝胶：具备优异的生物相容性和机械性能，将多巴胺（DA）引入水凝胶可以增强其粘附性能，作为外泌体的载体，在调节伤口微环境以促进组织再生和修复的同时，可持续释放生物活性分子。
终材料：使用Gel MA和DA作为材料，将MSC-exo和MC-exo嵌入水凝胶中，开发一种新型的外泌体增强型水凝胶敷料，负载干细胞和植物来源的外泌体（MEMC-Gel），以增强糖尿病伤口愈合和修复。
1.MEMC-Gel的合成与治疗机制示意图：
本研究设计并构建了一种由甲基丙烯酰化明胶（Gel MA）和多巴胺（DA）通过光交联形成的新型水凝胶（MEMC-Gel），该体系可同时封装间充质干细胞外泌体（MSC-exo）与苦瓜源外泌体（MC-exo）。其治疗机制并非单一通路，而是通过多种功能协同作用：MC-exo主要负责调节局部血糖并降低晚期糖基化终末产物（AGEs）积累，而MSC-exo在促进血管生成方面扮演主导角色；两者与凝胶基质协同，共同对抗氧化应激、抑制慢性炎症，并通过调节巨噬细胞从促炎M1型向修复M2型极化，综合优化糖尿病伤口的微环境，从而加速愈合进程。
2.外泌体的提取与表征
作者采用超速离心法分别从MSC和苦瓜（Monorotica charantia）汁液中提取外泌体。透射电镜（TEM）与粒径分析证实，MSC-exo与MC-exo均呈现典型的纳米级囊泡形态与尺寸分布，但MC-exo的平均直径（~147.20 nm）显著大于MSC-exo（~92.89 nm）。Western blot分析明确检测到MSC-exo高表达CD9、CD81和CD63等跨膜蛋白，符合动物源外泌体的经典分子特征。对于目前缺乏统一标志物的植物源MC-exo，研究通过SDS-PAGE揭示了其广泛的蛋白组成（10-140 kD），并通过Triton X-100破膜实验证实其富含RNA，从多个维度验证了所提取囊泡的身份与完整性。
3.MEMC-Gel的制备与理化性质表征
扫描电镜（SEM）显示，空白凝胶（B-Gel）与负载外泌体的MEMC-Gel均具有规整的多孔网络结构，且外泌体在MEMC-Gel中分散均匀。傅里叶变换红外光谱（FTIR）表明，外泌体的引入未改变凝胶的主要化学结构与晶体形态，说明其与凝胶基质间主要为物理封装。流变学测试揭示MEMC-Gel具有典型的凝胶特性（储能模量G'> 损耗模量G''）和剪切稀化行为，利于敷用。关键的是，多巴胺的引入显著增强了水凝胶的粘附强度与亲水性，而MEMC-Gel在降解实验中显示出一周内基本降解完毕的速率，并能以相近的速率同步、持续地释放两种外泌体，满足伤口敷料对机械性能、贴合性与药物控释的核心要求。
4.MEMC-Gel的体外生物功能验证
细胞功能实验表明，MEMC-Gel不仅具有良好的生物相容性，更能显著促进成纤维细胞迁移与内皮细胞成管，其中MSC-exo在促成管方面作用更为突出，而MC-exo也展现出明确的促进迁移能力，两者联用体现出协同效应。在抗氧化方面，MEMC-Gel能有效降低由Rosup诱导的细胞内活性氧（ROS）水平，并提升超氧化物歧化酶（SOD）活性、降低脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量。在抗炎与免疫调节方面，MEMC-Gel显著抑制了由LPS诱导的巨噬细胞释放TNF-α、IL-1β等关键促炎因子，并通过免疫荧光证实其能下调M1型标志物iNOS的表达，同时上调M2型标志物CD206的表达，证明其具有直接调控巨噬细胞极化为修复表型的能力。
5.MEMC-Gel在体内的降解与外泌体释放动力学
通过活体成像技术追踪Cy5标记的水凝胶，发现MEMC-Gel在糖尿病小鼠伤口部位的荧光信号在7天内持续减弱，显示其在此时间内逐步降解。与此同时，利用不同荧光染料（PKH67和PKH26）分别标记的MSC-exo与MC-exo，其从凝胶中的释放曲线高度重合，均在3天内释放超过50%，并在7天内持续释放。该结果表明MEMC-Gel作为一种递送系统，能确保两种来源不同的外泌体在复杂的体内环境中以协同的方式被同步递送至伤口部位。
6.MEMC-Gel促进糖尿病伤口愈合与组织重塑
动物实验显示，MEMC-Gel治疗组的伤口闭合速率显著快于对照组及单一外泌体治疗组（ME-Gel,MC-Gel），在第14天基本实现愈合。组织学分析进一步揭示了其较高的修复质量：H&E染色显示MEMC-Gel组炎症细胞浸润最少，表皮再生与肉芽组织形成最为显著；Masson染色则证实该组的胶原纤维沉积最致密、排列更有序。相比之下，ME-Gel在促进胶原沉积方面优于MC-Gel，但均不及MEMC-Gel的综合效果，凸显了两种外泌体在促进组织结构性再生方面的互补与协同作用。
7.MEMC-Gel在伤口组织中系统性地调控炎症反应
通过免疫组化(IHC)对髓过氧化物酶(MPO)的检测发现MEMC-Gel治疗组伤口中的中性粒细胞浸润在愈合早期(第7天)即被显著抑制。对伤口组织匀浆的 ELISA分析进一步表明，MEMC-Gel不仅能持续性地降低促炎因子(INE-.IL-1P.IL-6)的度，还能显著提升抗炎因子 IL-10 的水平。这种对炎症平衡的双向调节--即同时抑制促炎信号与增强抗炎信号--是 MEMC-Gel有效扭转糖尿病伤口慢性炎症微环境的关键机制。
8.MEMC-Gel在伤口组织中构建强大的抗氧化防御
二氢乙啶（DHE）荧光染色直接显示，MEMC-Gel治疗组伤口组织中的超氧阴离子水平显著低于其他各组。对组织匀浆的生化分析提供了更深入的机制证据：MEMC-Gel治疗显著提升了内源性抗氧化酶（如SOD）的活力和小分子抗氧化剂（谷胱甘肽，GSH）的水平，同时有效抑制了羟基自由基（·OH）的生成，并降低了脂质过氧化终产物MDA的含量。这表明MEMC-Gel并非简单地清除已产生的ROS，而是通过增强组织自身的抗氧化防御能力，从根源上缓解氧化应激。
9.MEMC-Gel综合调控愈伤微环境：从免疫调节到血管生成
免疫组化分析揭示，MEMC-Gel对伤口巨噬细胞极化表现出动态且有效的调控：在愈合早期即可抑制M1型标志物iNOS的表达，并在整个观察期内持续促进M2型标志物CD206的表达。同时，得益于MC-exo的降血糖特性，MEMC-Gel治疗组伤口组织中的晚期糖基化终末产物（AGEs）积累显著减少，从源头上改善了不利于愈合的代谢微环境。在功能输出上，这种优化的微环境极大地促进了血管生成，表现为CD31阳性血管密度以及关键生长因子VEGF和TGF-β1的表达在MEMC-Gel组中均达到峰值，其中MSC-exo被认为是促成血管作用的主要贡献者。这些结果共同表明，MEMC-Gel通过整合“免疫调节-代谢调控-血管再生"等多重机制，创造了较佳的愈伤微环境。
总结
本文开发并评估了一种负载间充质干细胞外泌体与苦瓜源外泌体的新型光交联水凝胶（MEMC-Gel），用于治疗糖尿病创面。
本文创新点在于，通过将植物源与动物源外泌体共装载于同一水凝胶体系，研究者能够观察到两种外泌体在抗氧化、抗炎与促进血管生成等方面的协同增强效应，以及该复合系统对糖尿病伤口复杂微环境的系统性调控。MEMC-Gel所采用的基于GelMA-多巴胺的光交联载药凝胶构建策略，也为其他研究者提供了一个开发多功能、可局部给药的组织工程敷料的材料学参考。
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